RU2588104C2 - Self-contained valve equipped with temperature-sensitive device - Google Patents
Self-contained valve equipped with temperature-sensitive device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2588104C2 RU2588104C2 RU2014110964/03A RU2014110964A RU2588104C2 RU 2588104 C2 RU2588104 C2 RU 2588104C2 RU 2014110964/03 A RU2014110964/03 A RU 2014110964/03A RU 2014110964 A RU2014110964 A RU 2014110964A RU 2588104 C2 RU2588104 C2 RU 2588104C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- valve
- fluid
- self
- temperature
- expanding mechanism
- Prior art date
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 135
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 42
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims description 8
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000005065 mining Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 21
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 13
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 10
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 4
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 4
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000004941 influx Effects 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 230000003068 static Effects 0.000 description 3
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- 238000010793 Steam injection (oil industry) Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking Effects 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001808 coupling Effects 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 210000001699 lower leg Anatomy 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Настоящее изобретение относится к устройству чувствительного к температуре автономного клапана и способу его применения. Клапан может применяться, например, для подачи с постоянным массовым расходом углеводородов в добычной трубопровод в стволе скважины.The present invention relates to a temperature sensitive autonomous valve device and a method for its use. The valve can be used, for example, to supply a constant mass flow of hydrocarbons to the production pipeline in the wellbore.
Сведения о предшествующем уровне техникиBackground of the Related Art
Устройства для извлечения нефти и газа из длинных горизонтальных и вертикальных скважин известны из публикаций №4,821,801, №4,858,69, №4,577,691 патентов С.Ш.А. и публикации №2169018 патента Великобритании. Эти известные устройства содержат перфорированную дренажную трубу, например, с фильтром для борьбы с пескопроявлением вокруг трубы. Значительным недостатком известных устройств для добычи нефти и/или газа в высокопроницаемых геологических пластах, является то, что в результате гидравлического трения в трубе давление в дренажной трубе увеличивается по экспоненте в направлении выше по потоку. Поскольку, в результате, разница давлений между коллектором и дренажным трубопроводом будет снижаться в направлении выше по потоку, то, соответственно, будет снижаться и количество нефти и/или газа, притекающего из коллектора в дренажную трубу. Поэтому, при добыче таким средством общий объем добываемых нефти и/или газа будет низким. В случае добычи на тонких нефтеносных участках и геологических пластах с высокой проницаемостью, также существует большой риск образования конусов, то есть, попадания нежелательного потока воды или газа внутрь дренажной трубы ниже по потоку, где скорость потока нефти, проходящего из коллектора в трубу, наиболее велика.Devices for extracting oil and gas from long horizontal and vertical wells are known from publications No. 4,821,801, No. 4,858,69, No. 4,577,691 patents S.Sh.A. and British Patent Publication No. 2169018. These known devices include a perforated drainage pipe, for example, with a filter to combat sand formation around the pipe. A significant disadvantage of the known devices for oil and / or gas production in highly permeable geological formations is that as a result of hydraulic friction in the pipe, the pressure in the drain pipe increases exponentially in the upstream direction. Since, as a result, the pressure difference between the collector and the drainage pipe will decrease in the upstream direction, the amount of oil and / or gas flowing from the collector to the drainage pipe will accordingly decrease. Therefore, when such a tool is extracted, the total volume of oil and / or gas produced will be low. In the case of production in thin oil-bearing areas and geological formations with high permeability, there is also a high risk of cones forming, that is, an undesirable flow of water or gas into the drainage pipe downstream, where the flow rate of oil passing from the reservoir to the pipe is greatest .
При извлечении нефти из коллекторов при помощи нагнетания пара или с использованием сжигания, разница давлений может варьировать на протяжении дренажной трубы. Это может вызвать проблемы, если нагнетаемый пар или дымовой газ достигают клапанов, используемых для дренирования флюида из коллектора в добычную трубу, так как многие такие клапаны не способны закрыться для предотвращения попадания пара или дымового газа в добычной трубопровод. В частности, если разница давлений относительно низкая, то поступление пара или дымового газа может привести к «короткому замыканию» давления нагнетания и давления добычи. Это вызовет еще большее падение разницы давлений, что негативно скажется на эффективности процесса дренажа (затрачиваемая энергия нагнетания по отношению к объему добытой нефти).When extracting oil from reservoirs using steam injection or combustion, the pressure difference can vary throughout the drain pipe. This can cause problems if the injected steam or flue gas reaches the valves used to drain the fluid from the reservoir into the production pipe, since many of these valves are not able to close to prevent steam or flue gas from entering the production pipe. In particular, if the pressure difference is relatively low, the flow of steam or flue gas can lead to a “short circuit” of the discharge pressure and production pressure. This will cause an even greater drop in the pressure difference, which will negatively affect the efficiency of the drainage process (expended pumping energy in relation to the volume of oil produced).
Другим результатом существования участков с низкой разницей давлений совместно с высокой температурой или местными перегревами является то, что низковязкий флюид из высокотемпературных областей коллектора будет преобладать на притоке в добычную трубу. В этом случае, добычная труба будет обладать нежелательным профилем притока по своей длине.Another result of the existence of sections with a low pressure difference together with high temperature or local overheating is that low-viscosity fluid from the high-temperature areas of the reservoir will predominate on the inflow into the production pipe. In this case, the production pipe will have an undesirable inflow profile along its length.
Как было ранее описано в «World Oil», том 212, №11 (11/91), стр. 73-80, дренажный трубопровод можно разделить на секции с одним или более ограничивающими приток устройствами, такими как скользящие муфты или дросселирующие устройства. Однако, в указанной работе речь ведется в основном об управлении притоком для ограничения его интенсивности на участках выше по скважине и, посредством этого, устранения или уменьшения образования конусов воды и/или газа.As previously described in World Oil, Volume 212, No. 11 (11/91), pages 73-80, the drainage pipe can be divided into sections with one or more flow restriction devices, such as sliding couplings or throttling devices. However, in this work, it is mainly a question of controlling the inflow to limit its intensity in areas higher up the well and, thereby, eliminate or reduce the formation of water and / or gas cones.
Документ WO-A-9208875 описывает горизонтальный добычной трубопровод, содержащий множество добычных участков, которые соединены смесительными камерами, имеющими больший внутренний диаметр, чем добычные участки. Добычные участки включают в себя внешний щелевой хвостовик, который может рассматриваться в качестве фильтрующего устройства. Однако, последовательность секций различного диаметра создает турбулентность потока и препятствует прохождению инструментов для ремонтных работ, действующих вдоль наружной поверхности добычного трубопровода.Document WO-A-9208875 describes a horizontal production pipeline containing a plurality of production sections that are connected by mixing chambers having a larger inner diameter than the production sections. Production sites include an external slotted shank, which can be considered as a filter device. However, the sequence of sections of different diameters creates turbulence in the flow and prevents the passage of tools for repair work, acting along the outer surface of the production pipeline.
Устройства, раскрытые в документах WO 2009/088292 и WO 2008/004875, обладают высокой прочностью, могут выдерживать большие нагрузки и высокие температуры, предотвращать депрессии (изменения разности давлений), не требуют подачи энергии, выдерживают пескопроявление, а также надежны, обладают простой конструкцией и очень дешевы. Однако, несмотря на это, можно провести ряд усовершенствований для повышения эффективности и долговечности вышеупомянутых устройств, в которых различные варианты осуществления WO 2009/088292 и WO 2008/004875 раскрывают подвижный клапанный затвор в виде диска.The devices disclosed in documents WO 2009/088292 and WO 2008/004875 are highly durable, can withstand heavy loads and high temperatures, prevent depression (changes in pressure difference), do not require energy supply, withstand sand, and are reliable, have a simple design and very cheap. However, despite this, a number of improvements can be made to increase the efficiency and durability of the aforementioned devices, in which various embodiments of WO 2009/088292 and WO 2008/004875 disclose a butterfly valve in the form of a disk.
При извлечении нефти и/или газа из продуктивных геологических пластов, флюиды различного качества, то есть нефть, газ, вода (и песок) добываются в разных количествах и пропорциях в зависимости от свойств или качества пласта. Ни одно из вышеупомянутых известных устройств не способно различать то, какой флюид притекает - нефть, газ или вода, сравнивая их относительный состав и/или качество, а также управлять их притоком. В частности, известные устройства не обладают возможностью надлежащего управления изменениями притока в добычной трубопровод по изменениям разности давлений, вызываемой изменениями температуры. В патентной заявке WO 2008/004875 раскрывается чувствительный к температуре клапан, однако предложенное решение предполагает изгиб подвижного клапанного затвора посредством биметаллического элемента. Предложенное решение достаточно сложно и требует дорогостоящего клапанного затвора, подверженного износу из-за многократной деформации. В патентной заявке WO 2005/103443 раскрыт чувствительный к температуре клапан, затвор которого выполнен из материала с коэффициентом линейного расширения, превышающим данный коэффициент у материала трубопровода скважины. При повышении температуры клапанный затвор расширяется больше чем трубопровод скважины и перемещается по направлению к закрытому положению, перекрывая проход. Данное решение дает относительно долгое время срабатывания, что является причиной прохождения большого количества газа и/или горячей жидкости в дренажный трубопровод, нарушая проходящий через него поток.When extracting oil and / or gas from productive geological formations, fluids of different quality, that is, oil, gas, water (and sand), are produced in different quantities and proportions depending on the properties or quality of the formation. None of the aforementioned known devices is capable of distinguishing between which fluid flows - oil, gas or water, comparing their relative composition and / or quality, as well as controlling their flow. In particular, the known devices do not have the ability to properly control changes in the inflow into the production pipeline by changes in the pressure difference caused by changes in temperature. Patent application WO 2008/004875 discloses a temperature-sensitive valve, but the proposed solution involves bending a movable valve shutter by means of a bimetallic element. The proposed solution is quite complicated and requires an expensive valve, subject to wear due to repeated deformation. Patent application WO 2005/103443 discloses a temperature-sensitive valve, the shutter of which is made of a material with a coefficient of linear expansion greater than this coefficient for the material of the pipeline of the well. As the temperature rises, the valve gate expands more than the borehole pipeline and moves toward the closed position, blocking the passage. This solution gives a relatively long response time, which is the reason for the passage of a large amount of gas and / or hot liquid into the drainage pipeline, disrupting the flow passing through it.
Настоящее изобретение обеспечивает улучшенный клапанный механизм, предназначенный для сведения к минимуму проблем, связанных с изменениями притока в добычной трубопровод вследствие температурных изменений.The present invention provides an improved valve mechanism designed to minimize problems associated with changes in inflow into the production pipeline due to temperature changes.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Изобретение обеспечивает саморегулирующийся клапан и способ, как изложено в прилагаемой формуле изобретения.The invention provides a self-adjusting valve and method, as set forth in the attached claims.
Настоящее изобретение предпочтительно обеспечивает устройство управления притоком или клапан, который является саморегулирующимся или автономным. Изобретение также может быть адаптировано под другие типы управляемых клапанов, подходящих для этой цели. Общей особенностью клапанов в соответствии с изобретением является возможность автоматического закрытия клапана и предотвращения притока в добычной трубопровод, в ответ на повышение температуры флюида, окружающего клапан и/или попадающего внутрь механизма клапана. Устройства управления притоком могут легко быть установлены в стенке добычного трубопровода и не препятствуют использованию инструментов для ремонтных работ. Устройство выполнено с возможностью «различать» нефть и/или газ и/или воду, а также обладает возможностью управлять потоком или притоком нефти или газа, в зависимости от того, к какому из этих флюидов требуется применить такое управление потоком.The present invention preferably provides an inflow control device or valve that is self-regulating or self-contained. The invention can also be adapted to other types of controlled valves suitable for this purpose. A common feature of the valves in accordance with the invention is the ability to automatically close the valve and prevent inflow into the production pipeline, in response to an increase in the temperature of the fluid surrounding the valve and / or entering the valve mechanism. Inflow control devices can easily be installed in the wall of the production pipeline and do not interfere with the use of tools for repair work. The device is configured to “distinguish” oil and / or gas and / or water, and also has the ability to control the flow or influx of oil or gas, depending on which of these fluids is required to apply such flow control.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, изобретение относится к саморегулирующемуся клапану или устройству управления потоком, предназначенным для управления на основе эффекта Бернулли потоком флюида от одного пространства или области к другой, в частности, для управления потоком флюида, например нефти и/или газа, включающим любую воду, из коллектора в добычной трубопровод скважины в коллекторе нефти и/или газа. Добычной трубопровод может содержать нижнюю дренажную трубу, предпочтительно разделенную на одну или более секций, каждая из которых включает в себя одно или более устройств управления притоком, позволяющих добычному геологическому пласту и внутреннему потоковому пространству дренажной трубы сообщаться по текучей среде. Флюид может протекать между впускным отверстием на стороне впуска, обращенной к пласту, и выпускным отверстием на выпускной стороне устройства, обращенной внутрь добычной трубы. Клапан дополнительно содержит подвижный клапанный затвор, выполненный с возможностью приведения его в действие чувствительным к температуре устройством. Клапанный затвор выполнен с возможностью перемещения его в направлении закрытия под воздействием чувствительного к температуре устройства в ответ на заданное повышение температуры флюида, окружающего клапан и/или попадающего внутрь клапана.According to a preferred embodiment, the invention relates to a self-regulating valve or flow control device for controlling, based on the Bernoulli effect, a fluid flow from one space or region to another, in particular for controlling a fluid flow, for example oil and / or gas, including any water from the reservoir to the production pipeline of the well in the reservoir of oil and / or gas. The production pipeline may include a lower drainage pipe, preferably divided into one or more sections, each of which includes one or more inflow control devices, allowing the production geological formation and the internal flow space of the drainage pipe to communicate in fluid. The fluid may flow between the inlet on the inlet side facing the formation and the outlet on the outlet side of the device facing the inside of the production pipe. The valve further comprises a movable valve shutter configured to actuate it by a temperature sensitive device. The valve shutter is arranged to move it in the closing direction under the influence of a temperature-sensitive device in response to a predetermined increase in the temperature of the fluid surrounding the valve and / or entering the valve.
Чувствительное к температуре устройство может представлять собой герметичный расширяющийся механизм, по меньшей мере, частично наполненный материалом, существенно расширяющимся при повышении температуры флюида, окружающего устройство. Предпочтительно, чтобы расширение было достаточным для существенного или полного закрытия клапана при подъеме температуры флюида, окружающего чувствительное к температуре устройство, выше заданного значения. Такого расширения можно добиться, например, выбрав материал, изменяющий свое фазовое состояние при заданной температуре. Примером такого изменяющего свое фазовое состояние материала служит жидкость, которая закипает при заданной температуре или выше нее. Жидкость выбирают в зависимости от расположения добычного трубопровода. Например, при нормальных условиях эксплуатации, на добычной трубопровод, расположенный на глубине 300 метров, действует давление от 25 до 30 бар при температуре 250-290°C. Для того чтобы предотвратить внезапный приток пара с более высокой температурой через клапан, расширяющийся механизм можно наполнить спиртоводной смесью, кипящей, например, при 280°C. В процессе нежелательного повышения температуры протекающего через клапан флюида, расширяющийся механизм может расширяться, перемещая подвижный клапанный затвор в направлении закрытия, когда температура флюида превышает указанное заданное значение. Таким образом, клапан может быть закрыт для предотвращения попадание кипящей или мгновенно испаряющейся воды в добычной трубопровод. Мгновенное испарение или кипение могут случаться при относительно низкой разнице давлений на устройстве управления притоком. Если допустить попадание кипящей или мгновенно испаряющейся воды в добычной трубопровод, это может привести к «короткому замыканию» давления нагнетания и давления добычи и, в результате, к еще большему уменьшению разницы давлений. Это отрицательно скажется на эффективности дренажа, как было сказано ранее. Другими нежелательными флюидами, попадание которых в добычной трубопровод может быть предотвращено, являются горячие добычные газы или дымовые газы, использующиеся для повышения производительности скважины.The temperature-sensitive device may be a hermetically expanding mechanism, at least partially filled with material, expanding significantly with increasing temperature of the fluid surrounding the device. Preferably, the expansion is sufficient to substantially or completely close the valve when the temperature of the fluid surrounding the temperature-sensitive device rises above a predetermined value. Such expansion can be achieved, for example, by choosing a material that changes its phase state at a given temperature. An example of such a material that changes its phase state is a liquid that boils at a given temperature or above it. The fluid is selected depending on the location of the production pipeline. For example, under normal operating conditions, a production pipeline located at a depth of 300 meters is affected by a pressure of 25 to 30 bar at a temperature of 250-290 ° C. In order to prevent a sudden influx of steam with a higher temperature through the valve, the expanding mechanism can be filled with an alcohol-water mixture boiling, for example, at 280 ° C. In the process of an undesirable increase in the temperature of the fluid flowing through the valve, the expanding mechanism can expand by moving the movable valve gate in the closing direction when the fluid temperature exceeds the specified set value. In this way, the valve can be closed to prevent boiling or instantly evaporating water from entering the production line. Instantaneous evaporation or boiling can occur at a relatively low pressure difference across the inflow control device. If boiling or instantly evaporating water is allowed to enter the production pipeline, this can lead to a “short circuit” of the discharge pressure and production pressure and, as a result, to further reduce the pressure difference. This will adversely affect drainage efficiency, as mentioned earlier. Other unwanted fluids that can be prevented from entering the production pipeline are hot production gases or flue gases, which are used to increase well productivity.
Для управления открытием и закрытием клапана при изменении температуры расширяющийся механизм может быть выполнен с возможностью контакта с флюидом, который окружает добычной трубопровод или протекает через клапан.To control the opening and closing of the valve when the temperature changes, the expanding mechanism can be made with the possibility of contact with the fluid that surrounds the production pipeline or flows through the valve.
В соответствии с первым примером, расширяющийся механизм расположен во флюидной камере клапана, содержащей подвижный клапанный затвор, управляющий потоком протекающего через клапан флюида. Данный пример, как правило, применяется для автономных клапанов, содержащих камеру с подвижным клапанным затвором в виде плоского круглого диска или с коническим затвором с плоским основанием. Положение подвижного клапанного затвора обычно задается притоком флюида из впуска, обращенного к центру подвижного клапанного затвора, протекающего радиально наружу через, по меньшей мере, часть подвижного клапанного затвора в направлении выпуска. Пример такого подвижного клапанного затвора или диска показан в документе WO 2008/004875 А1 и будет подробно описан далее по тексту. В данном примере, расширяющийся механизм расположен с противоположной стороны диска относительно впуска флюида. Расширяющийся механизм может быть прикреплен к участку флюидной камеры и выполнен с возможностью, при расширении, вступать в контакт с подвижным клапанным затвором. Альтернативно, расширяющийся механизм может быть прикреплен к подвижному клапанному затвору и выполнен с возможностью, при расширении, вступать в контакт с флюидной камерой.According to a first example, an expandable mechanism is located in a fluid chamber of the valve, comprising a movable valve gate, controlling the flow of fluid flowing through the valve. This example, as a rule, is used for stand-alone valves containing a chamber with a movable valve shutter in the form of a flat round disk or with a conical shutter with a flat base. The position of the movable gate valve is usually determined by the influx of fluid from the inlet facing the center of the movable valve gate, flowing radially outward through at least a portion of the movable gate valve in the discharge direction. An example of such a movable gate valve or disc is shown in WO 2008/004875 A1 and will be described in detail later on. In this example, the expanding mechanism is located on the opposite side of the disk relative to the fluid inlet. The expanding mechanism may be attached to a portion of the fluid chamber and configured to, upon expansion, come into contact with a movable valve shutter. Alternatively, the expandable mechanism may be attached to the movable valve gate and configured to, upon expansion, come into contact with the fluid chamber.
Когда происходит нежелательное повышение температуры протекающего через клапан флюида, горячий флюид частично отдает тепло расширяющемуся механизму через подвижный клапанный затвор и частично, окружая его внешние кромки, пространству между камерой и подвижным клапанным затвором, где расширяющийся механизм и находится. Если расширяющийся механизм содержит текучую среду, то при превышении заданного значения температуры протекающего через клапан флюида, эта текучая среда изменит свое фазовое состояние и начнет кипеть. Это вызовет расширение расширяющегося механизма вследствие повышения давления и увеличения объема внутри него. По мере увеличения объема расширяющийся механизм будет перемещать подвижный клапанный затвор в направлении закрытия и, если повышение температуры окажется достаточным, клапан в итоге закроется.When an undesirable increase in the temperature of the fluid flowing through the valve occurs, the hot fluid partially transfers heat to the expanding mechanism through the movable valve and partially, surrounding its outer edges, to the space between the chamber and the movable valve, where the expanding mechanism is located. If the expanding mechanism contains a fluid, then when the set temperature of the fluid flowing through the valve is exceeded, this fluid will change its phase state and begin to boil. This will cause the expansion of the expanding mechanism due to increased pressure and increased volume inside it. As the volume increases, the expanding mechanism will move the movable valve gate in the closing direction, and if the temperature rise is sufficient, the valve will eventually close.
В соответствии со вторым примером, расширяющийся механизм расположен во флюидном канале последовательно с протекающим через клапан потоком флюида. В данном примере расширяющийся механизм расположен в канале, через который протекает весь поток флюида или его часть перед прохождением через подлежащий управлению клапан. Для воздействия на клапанный затвор с целью закрытия клапана, расширяющийся механизм напрямую или опосредованно соединен с подвижным клапанным затвором, либо с исполнительным механизмом, управляющим указанным клапаном. По мере своего расширения расширяющийся механизм перемещает подвижный клапанный затвор в направлении закрытия и, при достаточном повышении температуры, в итоге закрывает клапан.According to a second example, the expanding mechanism is located in the fluid channel in series with the fluid flowing through the valve. In this example, the expanding mechanism is located in the channel through which all or part of the fluid flows before passing through the valve to be controlled. To act on the valve shutter in order to close the valve, the expanding mechanism is directly or indirectly connected to a movable valve shutter, or to an actuator controlling the specified valve. As it expands, the expanding mechanism moves the movable valve shutter in the closing direction and, when the temperature rises sufficiently, eventually closes the valve.
В соответствии с третьим примером, расширяющийся механизм расположен во флюидном канале параллельно основному протекающему через клапан потоку флюида. В данном примере расширяющийся механизм расположен в канале, через который проходит лишь часть потока флюида, которая направляется в обход подлежащего управлению клапана. Для воздействия на указанный клапанный затвор с целью закрытия клапана, расширяющийся механизм напрямую или опосредованно прикреплен к подвижному клапанному затвору или к исполнительному механизму, управляющему указанным клапаном. По мере своего расширения расширяющийся механизм перемещает подвижный клапанный затвор в направлении закрытия и, при достаточном повышении температуры, в итоге закрывает клапан.According to a third example, the expanding mechanism is located in the fluid channel parallel to the main fluid flow through the valve. In this example, the expanding mechanism is located in the channel through which only part of the fluid flow passes, which bypasses the valve to be controlled. In order to act on said valve gate in order to close the valve, the expandable mechanism is directly or indirectly attached to the movable valve gate or to the actuator controlling the valve. As it expands, the expanding mechanism moves the movable valve shutter in the closing direction and, when the temperature rises sufficiently, eventually closes the valve.
В соответствии с одним вариантом осуществления, расширяющийся механизм содержит текучую среду с температурой кипения ниже, чем у горячего флюида, такую как вода, при давлении в коллекторе, окружающем трубопровод. Как указано выше, указанная текучая среда изменит свое фазовое состояние и начнет кипеть при протекании горячего пластового флюида через впуск клапана и после того, как расширяющийся механизм превысит заданное значение температуры. Повышение давления газа внутри расширяющегося механизма, вызванное испарением жидкости, в свою очередь вызовет увеличение объема расширяющегося механизма. Это приведет к перемещению подвижного клапанного затвора, находящегося в контакте с расширяющимся механизмом, либо находится под его прямым или опосредованным воздействием. Текучая среда может содержать спирт, спиртоводную смесь или ацетон. Текучую среду выбирают в зависимости от ее температуры кипения при заданном давлении, которое в свою очередь зависит от давления, оказываемого на добычной трубопровод в месте нахождения клапана или устройства управления притоком. Свойства выбранной текучей среды определяют скорость, с которой клапан может быть закрыт. Таким образом, основанием при выборе используемой текучей среды могут стать область применения устройства и требуемо время реакции автономного клапана.According to one embodiment, the expandable mechanism comprises a fluid with a boiling point lower than that of a hot fluid, such as water, at a pressure in the manifold surrounding the conduit. As indicated above, said fluid will change its phase state and begin to boil when hot formation fluid flows through the valve inlet and after the expanding mechanism exceeds a predetermined temperature. The increase in gas pressure inside the expanding mechanism caused by the evaporation of the liquid, in turn, will cause an increase in the volume of the expanding mechanism. This will lead to the movement of the movable valve, which is in contact with the expanding mechanism, or is under its direct or indirect influence. The fluid may contain alcohol, an alcohol-water mixture, or acetone. The fluid is selected depending on its boiling point at a given pressure, which in turn depends on the pressure exerted on the production pipeline at the location of the valve or inflow control device. The properties of the selected fluid determine the speed at which the valve can be closed. Thus, the basis for choosing the fluid used may be the scope of the device and the required reaction time of the autonomous valve.
Расширяющийся механизм может представлять собой герметичный контейнер, по меньшей мере, частично наполненный текучей средой. Контейнер может обладать заданной общей формой, и, по меньше мере, частично быть упруго деформируемым, либо может выполнен в виде бесформенного мешка, причем контейнер выполнен с возможностью расширения в заданном направлении при повышении температуры. Контейнер может иметь заданную базовую форму, например цилиндр, с гофрированными или волнообразными боковыми поверхностями, проходящими по окружности для обеспечения расширения в заданном направлении. В случае клапана с подвижным клапанным затвором в виде расположенного в камере диска, торцевые поверхности цилиндра могут располагаться так, чтобы контактировать с подвижным клапанным затвором и камерой соответственно. При этом цилиндр может работать в качестве сильфона, выполненного с возможностью расширения в заданном направлении.The expanding mechanism may be a sealed container at least partially filled with a fluid. The container may have a predetermined overall shape, and at least partially be elastically deformable, or may be made in the form of a shapeless bag, the container being configured to expand in a given direction with increasing temperature. The container may have a predetermined basic shape, for example a cylinder, with corrugated or wavy side surfaces extending around a circle to allow expansion in a given direction. In the case of a valve with a movable valve, in the form of a disk located in the chamber, the end surfaces of the cylinder can be positioned so as to contact the movable valve and the camera, respectively. In this case, the cylinder can operate as a bellows, made with the possibility of expansion in a given direction.
Альтернативно, расширяющийся механизм может представлять собой герметичный гибкий или упругий контейнер, такой как мешок. Такой упругий контейнер, по существу, может быть бесформенным и выполнен с возможностью расширения во всех направлениях. Контейнер выполнен с возможностью, при нагреве выше указанной заданной температуры, равномерного расширения до тех пор, пока он не будет ограничен фиксированной поверхностью и смещаемым компонентом. В случае клапана с подвижным клапанным затвором в виде расположенного в камере диска, контейнер будет ограничен стенкой камеры и диском. Дальнейшее расширение контейнера приведет к перемещению диска. Гибкий или упругий контейнер данного типа может также содержать, по меньшей мере, один усиленный участок для облегчения крепления контейнера. Дополнительный усиленный участок может быть предусмотрен для обеспечения контакта между расширяющейся частью контейнера и подлежащим смещению подвижным клапанным затвором или исполнительным механизмом.Alternatively, the expandable mechanism may be a sealed flexible or resilient container, such as a bag. Such an elastic container can essentially be shapeless and expandable in all directions. The container is made with the possibility, when heated above the specified temperature, uniform expansion until then, until it is limited by a fixed surface and a displaceable component. In the case of a valve with a movable valve in the form of a disk located in the chamber, the container will be limited by the chamber wall and the disk. Further expansion of the container will move the disk. A flexible or resilient container of this type may also comprise at least one reinforced portion to facilitate container fastening. An additional reinforced section may be provided to provide contact between the expanding portion of the container and the movable valve or actuator to be biased.
Как указано выше, контейнер, составляющий расширяющийся механизм, может быть прикреплен к части флюидной камеры и выполнен с возможностью, при расширении, вступать в контакт с подвижным клапанным затвором. Альтернативно, расширяющийся механизм может быть прикреплен к подвижному клапанному затвору и выполнен с возможностью, при расширении, воздействовать на стенку флюидной камеры. Данные альтернативные варианты предпочтительны для контейнеров с базовой формой и заданным направлением расширения. В соответствии с другим альтернативным вариантом, расширяющийся механизм может быть удержан в требуемом положении на подвижном клапанном затворе или стенке камеры при помощи удерживающего средства, без физического крепления ни к одному из компонентов. Данный альтернативный вариант предпочтителен для, по существу, бесформенных контейнеров, которые могут расширяться равномерно во всех направлениях.As indicated above, the container constituting the expanding mechanism can be attached to a part of the fluid chamber and is configured to, upon expansion, come into contact with a movable valve shutter. Alternatively, the expandable mechanism may be attached to the movable valve shutter and configured to, upon expansion, act on the wall of the fluid chamber. These alternatives are preferred for containers with a basic shape and a given expansion direction. According to another alternative, the expandable mechanism can be held in position on a movable valve shutter or chamber wall using a holding means, without physically attaching to any of the components. This alternative is preferred for substantially shapeless containers that can expand uniformly in all directions.
ЧертежиBlueprints
Далее, исключительно в качестве примера, будут подробно описаны варианты осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи. Следует понимать, что чертежи выполнены исключительно в целях иллюстрации и не предназначены для определения объема изобретения. Также следует понимать, что чертежи не обязательно выполнены в масштабе и что, если иное не указано, они предназначены только для схематического изображения конструкций и описанных в настоящем документе процедур.Further, solely as an example, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood that the drawings are made for purposes of illustration only and are not intended to determine the scope of the invention. It should also be understood that the drawings are not necessarily drawn to scale and that, unless otherwise indicated, they are intended only for a schematic representation of the structures and procedures described herein.
На Фиг. 1 показан механизм автономного клапана, оснащенного устройством управления потоком в соответствии с изобретением;In FIG. 1 shows an autonomous valve mechanism equipped with a flow control device in accordance with the invention;
На Фиг. 2А показан вид в разрезе первого варианта механизма клапана;In FIG. 2A is a sectional view of a first embodiment of a valve mechanism;
На Фиг. 2Б показан вид в разрезе второй компоновки клапана;In FIG. 2B is a sectional view of a second valve arrangement;
На Фиг. 3А показан механизм клапана с Фиг. 2А, оснащенного термически расширяющимся механизмом в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения;In FIG. 3A shows the valve mechanism of FIG. 2A equipped with a thermally expanding mechanism in accordance with a first embodiment of the invention;
На Фиг. 3Б показан механизм клапана с Фиг. 2Б, оснащенного термически расширяющимся механизмом в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения;In FIG. 3B shows the valve mechanism of FIG. 2B equipped with a thermally expanding mechanism in accordance with a second embodiment of the invention;
На Фиг. 4 показан механизм клапана, оснащенного термически расширяющимся механизмом в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения; иIn FIG. 4 shows a valve mechanism equipped with a thermally expanding mechanism in accordance with a third embodiment of the invention; and
На Фиг. 5 показан механизм клапана, оснащенного термически расширяющимся механизмом в соответствии с четвертым вариантом осуществления изобретения.In FIG. 5 shows a valve mechanism equipped with a thermally expanding mechanism in accordance with a fourth embodiment of the invention.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
На Фиг. 1 показан добычной трубопровод 11 с отверстием, в которое устанавливают автономный клапанный механизм 12 в соответствии с изобретением. Клапанный механизм 12, в частности, полезен в управлении потоком флюида, протекающим из подземного коллектора в добычной скважинный трубопровод 11 скважины в нефтяном и/или газовом коллекторе между впускным отверстием 13 на стороне впуска и, по меньшей мере, одним выпускным отверстием (не показано) на стороне выпуска автономного клапанного механизма 12. Компонент, составляющий в целом автономный клапанный механизм именуется в дальнейшем «клапанный механизм», в то время как активные компоненты, необходимые для управления потоком в большинстве случаев называются «устройство управления потоком». Впускная сторона автономного клапанного механизма 12 расположена в отверстии на внешней стороне 14 добычного трубопровода 11, а выпускная сторона расположена на внутренней стороне 15 добычного трубопровода 11. Далее по тексту термины «внутренний» и «внешний» служат для определения положений относительно внутренней и внешней поверхностей клапанного механизма, когда он установлен на трубопровод 11 (см. Фиг. 1). Клапан, пригодный для использования в вариантах осуществления согласно первому примеру, может быть типа, описанного в публикации WO 2008/004875 или в международной заявке РСТ/ЕР2011/050471.In FIG. 1 shows a
На Фиг. 2А показан вид в разрезе клапанного механизма 12а, как описано в заявке WO 2008/004875. Устройство состоит из первого имеющего форму диска корпусного элемента 21 с внешней цилиндрической частью 22 и внутренней цилиндрической частью 23 и центральным отверстием или впуском 13а, и из второго имеющего форму диска удерживающего корпусного элемента 24 с внешней цилиндрической частью 25, а также из предпочтительно плоского диска или свободно перемещаемого клапанного затвора 26, размещенного в открытом углублении или камере 27, образованной между первым дискообразным корпусным элементом 21 и вторым дискообразным удерживающим корпусным элементом 24. Для отдельно взятых областей применения и конфигураций, клапанный затвор 26 может не иметь плоской формы, а иметь частично коническую или полукруглую поверхность, обращенную к впускному отверстию 13а. Как видно из фигуры, цилиндрическая часть 25 второго дискообразного удерживающего корпусного элемента 24 помещена внутри и проходит в противоположном направлении внешней цилиндрической части 22 первого дискообразного корпусного элемента 21, тем самым формируя канал для потока, направление которого отмечено стрелками А, где флюид поступает в устройство управления потоком через центральное отверстие или впускное отверстие 13а и протекает по направлению к диску 26 и радиально вдоль него перед протеканием через кольцевое отверстие 28, образованное между цилиндрическими частями 23 и 25 и далее наружу через кольцевое отверстие или выпускное отверстие 29, образованное между цилиндрическими частями 22 и 25. На Фиг. 2А, из-за того, что разрез выполнен в той области, где проходит сплошная опорная часть (одна из трех таких частей) между цилиндрическими частями 22 и 25, кажется, что правая сторона выпускного отверстия 29 заблокирована. На самом деле, выпускное отверстие 29 не заблокировано и оно, в действительности, является кольцевым. В более поздней версии данного клапана таких опорных частей не было, и выпускное отверстие 29 было открыто по всей окружности. Два дискообразных элемента 21 и 24 прикреплены друг к другу при помощи винтового соединения, сварки или другими средствами (не показано на фигуре). Узел клапана в сборе съемно установлен при помощи резьбового соединения, показанного на Фиг. 2А, в отверстии, проделанном в добычном трубопроводе.In FIG. 2A is a cross-sectional view of the
При эксплуатации, впускное отверстие 13а соединено с углублением 27 посредством центрального канала или отверстия, через которое флюид протекает из пласта в углубление 27. Затем флюид вытекает из углубления 27 радиально через участок первой поверхности 26а клапанного затвора, причем указанная первая поверхность обращена к впускному отверстию 13а, и через кольцевое отверстие 28 указанного клапанного затвора протекает по направлению к кольцевому выпускному отверстию 29.In operation, the
В работе настоящего изобретения используется эффект Бернулли, согласно которому сумма статического давления, динамического давления и трения является постоянной вдоль линии потока:In the work of the present invention, the Bernoulli effect is used, according to which the sum of static pressure, dynamic pressure and friction is constant along the flow line:
Для клапана, изображенного на Фиг. 2А, при воздействии на подвижный клапанный затвор или диск 26 потоком флюида, как в случае настоящего изобретения, разница давлений на диске 26 может быть выражена следующим образом:For the valve of FIG. 2A, when a fluid flow acts on a movable valve gate or
По причине более низкой вязкости, флюид, такой как газ, будет протекать быстрее вдоль диска по направлению к выпуску. Это приводит к снижению давления на участке А2 над диском, в то время как давление действующее на участок A3 под диском 28, не изменяется. Так как диск 26 свободно перемещается внутри углубления, он будет двигаться вверх, сужая тем самым канал потока между диском 26 и первой поверхностью 26а углубления 27. Таким образом, будет ли диск 26 перемещаться вниз или вверх, зависит от вязкости протекающего через него флюида, и в силу этого, данный принцип может применяться для управления потоком флюида протекающего через устройство.Due to the lower viscosity, a fluid such as gas will flow faster along the disk toward the outlet. This leads to a decrease in pressure in the section A2 above the disk, while the pressure acting on the section A3 under the
Кроме того, падение давления в традиционном устройстве управления притоком УУП (ICD, от англ. Inflow Control Device) с фиксированной геометрией будет пропорционально динамическому давлению:In addition, the pressure drop in a traditional fixed flow geometry ICD (ICD, Inflow Control Device) with a fixed geometry will be proportional to the dynamic pressure:
где постоянная К, главным образом, является функцией геометрии и в меньшей степени зависит от числа Рейнольдса. В управляющем устройстве по настоящему изобретению, при увеличении разницы давлений, площадь потока будет уменьшаться так, что объем потока, протекающего через устройство управления, не будет или почти не будет увеличиваться при увеличении перепада давления. Следовательно, объем протекающего потока для настоящего изобретения является, по существу, постоянным и выше данной разницы давлений. Это представляет собой основное преимущество настоящего изобретения, так как оно может быть использовано для обеспечения, по существу, постоянного объема потока, протекающего через каждый участок горизонтальной скважины в целом, чего невозможно добиться, используя неподвижные устройства управления потоком.where the constant K is mainly a function of geometry and to a lesser extent depends on the Reynolds number. In the control device of the present invention, with an increase in the pressure difference, the flow area will decrease so that the volume of flow flowing through the control device will not or almost will not increase with increasing pressure drop. Therefore, the volume of the flowing stream for the present invention is essentially constant and above this pressure difference. This is a major advantage of the present invention, as it can be used to provide a substantially constant volume of flow through each section of the horizontal well as a whole, which cannot be achieved using fixed flow control devices.
При добыче нефти и газа, устройство управления потоком в соответствии с изобретением может иметь два разных применения: применение в качестве устройства управления притоком для уменьшения притока воды или газа, или для поддержания постоянного потока через устройство управления потоком. При проектировании устройства управления в соответствии с изобретением для различных областей применения, таких как поддержание постоянного потока флюида, различные области и зоны давления будут влиять на эффективность и пропускные свойства устройства. Различные области/зоны давления (показанные на Фиг. 2А) могут делиться на:In oil and gas production, the flow control device in accordance with the invention can have two different applications: use as an inflow control device to reduce the flow of water or gas, or to maintain a constant flow through the flow control device. When designing the control device in accordance with the invention for various applications, such as maintaining a constant fluid flow, various areas and pressure zones will affect the efficiency and throughput properties of the device. Different pressure areas / zones (shown in Fig. 2A) can be divided into:
- А1, Р1 являются, соответственно, площадью притока и давлением. Сила (Р1*А1), созданная этим давлением на впускном отверстии 13а, будет стремиться открыть устройство управления (переместить диск или затвор 28 вниз);- A1, P1 are, respectively, the area of the inflow and pressure. The force (P1 * A1) created by this pressure at the
- А2, Р2 являются площадью и давлением в зоне между первой поверхностью 26а диска и углублением 27, где скорость потока будет наибольшей, и, следовательно, является источником динамического давления. Данная область расположена между впускным отверстием 13а и кольцевым отверстием 28, выходящим в углубление 27. Результирующее динамическое давление будет стремиться закрыть устройство управления посредством перемещения диска или затвора 26 вверх по мере увеличения скорости потока и снижения давления.- A2, P2 are the area and pressure in the zone between the
- A3, Р3 являются площадью и давлением на кольцевом отверстии 28, выходящем в углубление 27. Давление должно быть таким же, что и в скважине (давление на впуске);- A3, P3 are the area and pressure on the
- А4, Р4 являются площадью и давлением за подвижным диском или затвором 26 между второй поверхностью 26b (противоположной первой поверхности 26а) диска 26 и углублением 27. Давление за подвижным диском или затвором должно равняться давлению в скважине (давлению на впуске). При этом давление будет стремиться переместить затвор вверх в направление закрытия устройства управления по мере повышения скорости потока.- A4, P4 are the area and pressure behind the movable disc or shutter 26 between the
Флюиды с различной вязкостью, в зависимости от конструкции этих зон, в каждой зоне будут порождать различные силы для того, чтобы оптимизировать эффективность и пропускающие свойства устройства управления, при этом конструкция зон будет различной для различных областей применения, например, поток с постоянным объемом, или поток газ/нефть, или поток нефть/вода. Следовательно, для каждого применения области должны быть тщательно сбалансированными и обладать оптимальной конструкцией, учитывающей свойства и физические условия (вязкость, температура, давление и т.д.) для каждой ситуации проектирования.Fluids with different viscosities, depending on the design of these zones, will generate different forces in each zone in order to optimize the efficiency and transmission properties of the control device, while the design of the zones will be different for different applications, for example, a flow with a constant volume, or gas / oil flow, or oil / water flow. Therefore, for each application, the areas must be carefully balanced and have an optimal design that takes into account the properties and physical conditions (viscosity, temperature, pressure, etc.) for each design situation.
На Фиг. 2Б показан вид в разрезе клапанного механизма 12а, описанного в РСТ/ЕР2011/050471. Устройство состоит из первого дискообразного корпусного элемента 31 с центральным или впускным отверстием 13b и второго дискообразного удерживающего корпусного элемента 34, а также предпочтительно плоского диска или свободно перемещаемого клапанного затвора 36, предусмотренного в открытом углублении или камере 37, образованной между первым дискообразным корпусным элементом 31 и вторым удерживающим корпусным элементом 34. Для конкретных областей применения и конфигураций, клапанный затвор 36 может обладать формой, отличной от плоской, и выполняться с частично конической или полукруглой поверхностью, обращенной к впускному отверстию 13b. Направление потока, протекающего через клапанный механизм, показано стрелками А, причем флюид попадает в устройство управления через центральное или впускное отверстие 13b и протекает по направлению к диску 26 и радиально по внешней периферии диска 26 перед протеканием через радиальные отверстия 39, выполненные во втором удерживающем корпусном элементе 34. Клапанный механизм в сборе съемно установлен при помощи резьбового соединения, показанного на Фиг. 2Б, в отверстии, проделанном в добычном трубопроводе.In FIG. 2B is a cross-sectional view of the
При эксплуатации, впускное отверстие 13b соединено с углублением посредством центрального канала или отверстия, через которое в углубление 37 из пласта протекает флюид. Затем флюид вытекает из углубления радиально через первую поверхность 26а клапанного затвора, которая обращена к центральному отверстию, и проходя по внешней периферии поверхности указанного клапанного затвора, протекает к, по меньшей мере, одному выпускному отверстию 39, которое в клапанном механизме может быть ориентировано радиально (Фиг. 2Б) или аксиально.In operation, the
В основе работы клапанного механизма с Фиг. 2Б, как и клапана с Фиг. 2А, лежит эффект Бернулли, согласно которому сумма статического давления, динамического давления и силы трения является постоянной вдоль линии потока. Основное отличие между данными клапанами заключается в том, что в расчеты для определения перепада давления на диске не входит площадь A3 (фиг. 2А), так как выпускное отверстие расположено вне периферии диска. Кроме того, в клапанном механизме, показанном на Фиг. 2Б, не используется статическое давление на площади А4 снизу диска, так как флюид выходит из камеры 37 радиально за пределами диска 26.The operation of the valve mechanism of FIG. 2B, like the valves of FIG. 2A, the Bernoulli effect lies, according to which the sum of the static pressure, dynamic pressure, and friction force is constant along the flow line. The main difference between these valves is that the area A3 is not included in the calculations for determining the pressure drop across the disk (Fig. 2A), since the outlet is located outside the periphery of the disk. In addition, in the valve mechanism shown in FIG. 2B, no static pressure is used on the A4 area from the bottom of the disk, since the fluid exits the
На Фиг. 2А и 2Б показана нормальное функционирование автономного клапана данного типа. Принцип работы такого клапанного механизма с термически расширяющимся устройством в соответствии с изобретением описан со ссылкой на Фиг. 3А и Фиг. 3Б.In FIG. 2A and 2B show the normal operation of this type of autonomous valve. The principle of operation of such a valve mechanism with a thermally expanding device in accordance with the invention is described with reference to FIG. 3A and FIG. 3B.
На Фиг. 3А показан клапанный механизм, аналогичный показанному на Фиг. 2А, оснащенный термически расширяющимся устройством в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения. Для соответствующих деталей клапана использованы те же ссылочные номера. В соответствии с данным примером, расширяющийся механизм в форме сильфона 20 расположен во флюидной камере 27 клапана, содержащей подвижный клапанный затвор в форме диска 26, управляющий потоком флюида, проходящим через клапан. Положение диска 26 обычно задается притоком флюида, затекающим через впускное отверстие 13а, обращенное к центру диска 26, и протекающим радиально наружу через, по меньшей мере, часть диска 26 по направлению к выпускному отверстию 29. В данном примере, сильфон 20 расположен с обратной стороны диска 26 относительно впускного отверстия 13а для флюида. Сильфон 20 содержит первую 20а и вторую 20b, по существу, плоские торцевые поверхности, соединенные гофрированной частью 20с. Герметичный расширяющийся сильфон 20, по меньшей мере, частично заполнен текучей средой, которая при заданной температуре изменяет свое фазовое состояние. В этом случае, первая торцевая поверхность 20а сильфона 20 прикреплена к участку стенки флюидной камеры 27 и выполнена с возможностью, при расширении, вступать в контакт с диском 26. Альтернативно, расширяющийся механизм может быть прикреплен к диску и выполнен с возможностью, при расширении, вступать в контакт со участком стенки флюидной камеры.In FIG. 3A shows a valve mechanism similar to that shown in FIG. 2A equipped with a thermally expandable device in accordance with a first embodiment of the invention. The same reference numbers are used for the corresponding valve parts. In accordance with this example, an expanding bellows-shaped
При нежелательном повышении температуры протекающего через клапан флюида, тепло передается от горячего флюида к сильфону 20, частично через диск 26 и частично через его внешние кромки, в пространство между камерой 27 и диском 26, где расположен расширяющийся механизм. Когда будет превышено заданное значение температуры протекающего через клапан флюида, если расширяющийся механизм содержит текучую среду, то указанная текучая среда начнет кипеть. Это приведет к расширению сильфона 20 вследствие повышения давления и увеличения объема внутри указанного сильфона 20. По мере расширения, сильфон 20 будет перемещать диск 26 в направлении закрытия и, при достаточном повышении температуры, в итоге закроет клапан.If the temperature of the fluid flowing through the valve is undesirable, heat is transferred from the hot fluid to the
Описанный здесь способ крепления сильфона к участку стенки может также применяться для варианта осуществления, показанного на Фиг. 3Б ниже.The method for mounting a bellows to a wall portion described herein can also be applied to the embodiment shown in FIG. 3B below.
На Фиг. 3Б показан клапанный механизм, как на Фиг. 2Б, оснащенный термически расширяющимся устройством в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения. Для соответствующих деталей клапана использованы те же ссылочные номера. В соответствии с данным примером, расширяющийся механизм в форме сильфона 30 расположен во флюидной камере 37 клапана, содержащей подвижный клапанный затвор в форме диска 36, управляющий потоком флюида, проходящим через клапан. Положение диска 36 обычно задается притоком флюида, затекающим через впускное отверстие 13а, обращенное к центру диска 36, и протекающим радиально наружу через, по меньшей мере, часть диска 36 в направлении выпускного отверстия 39. В данном примере, сильфон 30 расположен с обратной стороны диска 36 относительно впускного отверстия 13а для флюида. Сильфон 30 содержит в себе первую 30а и вторую 30b, по существу, плоские торцевые поверхности, соединенные гофрированной частью 30с. Герметичный, расширяющийся сильфон 30, по меньшей мере, частично заполнен текучим материалом, изменяющим свое фазовое состояние при заданной температуре. В этом случае, первая торцевая поверхность 30а сильфона 30 прикреплена к диску 36 и выполнена с возможностью, при расширении, вступать в контакт со участком стенки флюидной камеры 37. Альтернативно, расширяющийся механизм может быть прикреплен к диску и выполнен с возможностью, при расширении, вступать в контакт с участком стенки флюидной камеры.In FIG. 3B shows a valve mechanism, as in FIG. 2B equipped with a thermally expandable device in accordance with a second embodiment of the invention. The same reference numbers are used for the corresponding valve parts. According to this example, an expanding bellows-shaped
При нежелательном повышении температуры протекающего через клапан флюида, тепло передается от горячего флюида к сильфону 30, частично через диск 36 и частично через его внешние кромки, в пространство между камерой 37 и диском 36, где расположен расширяющийся механизм. Когда будет превышено заданное значение температуры протекающего через клапан флюида, если расширяющийся механизм содержит текучую среду, то указанная текучая среда начнет кипеть. Это приведет к расширению сильфона 30 вследствие повышения давления и увеличения объема внутри указанного сильфона 30. По мере расширения, сильфон 30 будет перемещать диск 36 в направлении закрытия и, при достаточном повышении температуры, в итоге закроет клапан.If the temperature of the fluid flowing through the valve is undesirably increased, heat is transferred from the hot fluid to the
Описанный здесь способ крепления сильфона к диску может также применяться для варианта осуществления, показанного выше со ссылкой на Фиг. 3А.The method for mounting a bellows to a disc described herein can also be applied to the embodiment shown above with reference to FIG. 3A.
Расширяющийся механизм, описанный со ссылкой на Фиг. 3А и Фиг. 3Б, представляет собой герметичный контейнер в виде сильфона, по меньшей мере, частично наполненный текучим материалом. Альтернативно, контейнер может иметь заданную общую форму, по меньшей мере, часть которой выполнена подверженной упругой деформации, или может быть выполнен в форме мешка, не обладающего какой-либо определенной формой. В данном случае, расширяющийся механизм может быть удержан в требуемом положении при помощи средства, размещенного на подвижном клапанном затворе или на стенке камеры, без физического крепления ни к одному из компонентов. Например, расширяющийся механизм может быть удержан на месте за счет средства, выполненного в виде ряда выступов, выходящих в камеру для создания опоры подвижному клапанному затвору в его конечном положении, при котором клапан полностью открыт. С примерами таких опорных выступов можно ознакомиться в международной заявке РСТ/ЕР2011/050471. Данный вариант предпочтителен для, по существу, бесформенного расширяющегося механизма, который может расширяться одинаково во всех направлениях.The expanding mechanism described with reference to FIG. 3A and FIG. 3B is an airtight container in the form of a bellows, at least partially filled with fluid material. Alternatively, the container may have a predetermined overall shape, at least a portion of which is made susceptible to elastic deformation, or may be in the form of a bag that does not have any particular shape. In this case, the expanding mechanism can be held in position by means placed on a movable valve or on the wall of the chamber, without physical attachment to any of the components. For example, the expanding mechanism can be held in place by means of a series of protrusions extending into the chamber to support the movable valve shutter in its final position, in which the valve is fully open. Examples of such support projections can be found in international application PCT / EP2011 / 050471. This embodiment is preferred for a substantially shapeless expanding mechanism that can expand equally in all directions.
На Фиг. 4 показан клапанный механизм, оснащенный термически расширяющимся механизмом в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения. Клапанный механизм выполнен с возможностью установки в добычном трубопроводе (не показано). В соответствии с данным вариантом осуществления, термически расширяющийся механизм в форме сильфона 40 расположен в канале 41, 42, 43 для флюида последовательно с протекающим через клапанный механизм потока флюида. В данном примере, сильфон 40 расположен в корпусе 44, снабжаемом через первый канал 41, через который проходит весь поток флюида из пласта перед попаданием в клапан 45, подлежащий управлению через второй канал 42. Поток флюида выходит из клапана 45 через третий канал 43 и попадает в добычной трубопровод. Сильфон 40 соединен с подвижным клапанным затвором 46 (показано схематически) для воздействия на него с целью закрытия клапана 45. При повышении температуры флюида, протекающего через корпус 44 и клапан 45, тепло передается от горячего флюида текучей среде, находящейся внутри сильфона 40. Когда превышено заданное значение температуры протекающего через клапан флюида, текучая среда в сильфоне 40 начнет кипеть. Это вызовет расширение сильфона 40 вследствие повышения давления и объема внутри указанного сильфона 46. По мере расширения, сильфон 40 начнет воздействовать на подвижный клапанный затвор 46 перемещая его в направлении закрытия и, при достаточной температуре, в итоге закроет клапан 45.In FIG. 4 shows a valve mechanism equipped with a thermally expanding mechanism in accordance with a third embodiment of the invention. The valve mechanism is configured to be installed in a production pipeline (not shown). According to this embodiment, a thermally expanding bellows-shaped
На Фиг. 5 показан клапанный механизм, оснащенный термически расширяющимся устройством в соответствии с четвертым вариантом осуществления изобретения. Клапанный механизм выполнен с возможностью монтажа в добычном трубопроводе (не показано). В соответствии с данным вариантом осуществления, термически расширяющийся механизм в форме сильфона 50 расположен в канале 51 для флюида параллельно основному каналу 52, 53, обеспечивающему протекание флюида через клапан 55. В данном примере сильфон 50 расположен в корпусе 54, снабжаемом через первый канал 51, через который проходит часть потока пластового флюида, обходящая подлежащий управлению клапан 55. Второй канал 52 подает основной поток флюида в клапан 55. Основной поток флюида покидает клапан 55 через третий канал 53, после чего он воссоединяется с потоком из первого канала 51 перед попаданием в добычной трубопровод. Сильфон 50 соединен с подвижным клапанным затвором 56 (показано схематически) для воздействия на него с целью закрытия клапана 55. При повышении температуры протекающего через корпус 54 и клапан 55 флюида, тепло от горячего флюида передается к текучей среде, находящейся внутри сильфона 50. Когда превышено заданное значение температуры протекающего через корпус 54 флюида, текучая среда в сильфоне 50 начнет кипеть. Это вызовет расширение сильфона 50 вследствие повышения давления и объема внутри указанного сильфона 50. По мере расширения, сильфон 50 начнет воздействовать на подвижный клапанный затвор 56, перемещая его в направлении закрытия, и, при достаточном повышении температуры, в итоге закроет клапан 55.In FIG. 5 shows a valve mechanism equipped with a thermally expandable device in accordance with a fourth embodiment of the invention. The valve mechanism is configured to be mounted in a production pipeline (not shown). According to this embodiment, a thermally expanding bellows-shaped
Claims (16)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/EP2011/065523 WO2013034185A1 (en) | 2011-09-08 | 2011-09-08 | Autonomous valve with temperature responsive device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014110964A RU2014110964A (en) | 2015-10-20 |
RU2588104C2 true RU2588104C2 (en) | 2016-06-27 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4512155A (en) * | 1979-12-03 | 1985-04-23 | Itzhak Sheinbaum | Flowing geothermal wells and heat recovery systems |
EA003012B1 (en) * | 1999-09-15 | 2002-12-26 | Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. | System for enhancing fluid flow in a well |
RU2358103C2 (en) * | 2004-02-20 | 2009-06-10 | Норск Хюдро Аса | Executing mechanism and method of implementation of this mechanism |
RU2398103C1 (en) * | 2009-10-09 | 2010-08-27 | Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина | Method and device for development of heavy oil or bitumen deposit with control of well production drawdown |
WO2011098328A2 (en) * | 2010-02-12 | 2011-08-18 | Statoil Petroleum As | Improvements in hydrocarbon recovery |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4512155A (en) * | 1979-12-03 | 1985-04-23 | Itzhak Sheinbaum | Flowing geothermal wells and heat recovery systems |
EA003012B1 (en) * | 1999-09-15 | 2002-12-26 | Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. | System for enhancing fluid flow in a well |
RU2358103C2 (en) * | 2004-02-20 | 2009-06-10 | Норск Хюдро Аса | Executing mechanism and method of implementation of this mechanism |
RU2398103C1 (en) * | 2009-10-09 | 2010-08-27 | Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина | Method and device for development of heavy oil or bitumen deposit with control of well production drawdown |
WO2011098328A2 (en) * | 2010-02-12 | 2011-08-18 | Statoil Petroleum As | Improvements in hydrocarbon recovery |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2587675C2 (en) | Method and apparatus for controlling flow of fluid entering conduit | |
CA2657209C (en) | Method for flow control and autonomous valve or flow control device | |
US9752698B2 (en) | Autonomous valve with temperature responsive device | |
US8820413B2 (en) | Alternative design of self-adjusting valve | |
US9366108B2 (en) | Flow control device and flow control method | |
CA2742952C (en) | Flow control device and flow control method | |
AU2008345749B2 (en) | Method for self-adjusting (autonomously adjusting) the flow of a fluid through a valve or flow control device in injectors in oil production | |
US8590630B2 (en) | System and method for controlling the flow of fluid in branched wells | |
EP2167788B1 (en) | Bellows valve | |
AU2009232495A1 (en) | System and method for recompletion of old wells | |
RU2588104C2 (en) | Self-contained valve equipped with temperature-sensitive device | |
NO338993B1 (en) | Flow control device and method for controlling fluid flow in oil and / or gas production |