EA043481B1

EA043481B1 - ELECTRIC VALVE FOR HYDRAULIC FRACTURING

Info

Publication number: EA043481B1
Application number: EA202100164
Authority: EA
Inventors: Андрей Александрович Арбузов; Артем Наилевич Бухараев; Александр Леонидович Желонкин; Вячеслав Павлович Петров
Original assignee: ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "Тота Системс"
Filing date: 2021-05-27
Publication date: 2023-05-26

Description

Область техникиField of technology

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к оснастке обсадных колонн, в частности изобретение относится к устройству и способу проведения работ по гидроразрыву продуктивного пласта, последующего контроля и регулирования притока (закачки) для увеличения нефтеотдачи. Устройство должно обеспечивать дистанционное управление сообщением внутриколонного и заколонного пространства за счет скважинного электромотора, подключенного через кабель к наземному регистратору. Электроклапан гидроразрыва пласта (электроклапан ГРП) входит в состав колонны подвесного оборудования (хвостовика) и может быть использован при строительстве скважин для добычи нефти.The invention relates to the oil industry, namely to casing string equipment, in particular, the invention relates to a device and method for carrying out hydraulic fracturing of a productive formation, subsequent monitoring and regulation of inflow (injection) to increase oil recovery. The device must provide remote control of the communication between the in-casing and annulus spaces using a downhole electric motor connected via a cable to a surface recorder. The hydraulic fracturing electrovalve (hydraulic fracturing electrovalve) is part of the suspended equipment string (liner) and can be used in the construction of oil wells.

Уровень техникиState of the art

Из уровня техники известен забойный клапан для добычи или закачки, US 20190316440 A1, опубл. 17.10.2019. Устройство состоит из трёх секций: подвижный клапан, электромотор, контроллер, также для определения пластовых условий дополнительно могут быть внедрены датчики давления, температуры. Подача энергии, прием и передача сигналов для удаленного управления устройством осуществляются с помощью подземного электрокабеля, который установлен в защитном кожухе и закреплен вдоль ствола скважины. Устройство способно работать в агрессивных средах при химических обработках пласта, однако главным недостатком устройства являются его конструкционные особенности. Подвижный клапан представляет собой запорный элемент, не позволяющий работать при больших расходах и давлениях, реализуемых при гидроразрыве пласта (ГРП). Таким образом, клапан способен выполнять функции устройства контроля притока и не может использоваться в скважинах, в которых планируется проведение ГРП.A downhole valve for production or injection is known from the prior art, US 20190316440 A1, publ. 10/17/2019. The device consists of three sections: a moving valve, an electric motor, a controller, and additional pressure and temperature sensors can be installed to determine reservoir conditions. The supply of energy, reception and transmission of signals for remote control of the device are carried out using an underground electrical cable, which is installed in a protective casing and secured along the wellbore. The device is capable of operating in aggressive environments during chemical treatment of the formation, however, the main disadvantage of the device is its design features. The moving valve is a shut-off element that does not allow operation at high flow rates and pressures realized during hydraulic fracturing (hydraulic fracturing). Thus, the valve is capable of performing the functions of an inflow control device and cannot be used in wells where hydraulic fracturing is planned.

Из уровня техники также известны закрываемая система портов и методы изоляции добычи углеводородов (US 9850742 B2, опубл. 26.12.2017). Устройство представляет собой механическую муфту гидроразрыва пласта (ГРП), активация (открытие) которой осуществляется за счет изменения давления во внутритрубном пространстве. Муфта может находиться в двух основных фиксированных положениях. При открытом положении циркуляционные отверстия корпуса совпадают с отверстиями затвора, расположенного концентрично внутри корпуса, с возможностью осевого движения вверх или вниз. При закрытом положении отверстия корпуса и затвора не совпадают и нет возможности осуществить циркуляцию. Для повторного закрытия муфты необходим спуск ключа. Таким образом, основным минусом устройства является невозможность контроля положения затвора в промежуточном состоянии (между положениями открыто или закрыто), а значит, устройство не может эксплуатироваться как полноценное устройство контроля притока, и второе: невозможно дистанционно и без остановки работы скважины осуществлять повторное закрытие муфты, поскольку необходим спуск дополнительного инструмента - ключа для механического перемещения затвора муфты ГРП.A closable port system and methods for isolating hydrocarbon production are also known from the prior art (US 9850742 B2, published 12/26/2017). The device is a mechanical hydraulic fracturing (HF) coupling, which is activated (opened) by changing the pressure in the intrapipe space. The clutch can be in two main fixed positions. In the open position, the circulation holes of the housing coincide with the holes of the shutter, located concentrically inside the housing, with the possibility of axial movement up or down. When the valve is closed, the holes of the body and the shutter do not coincide and there is no possibility of circulation. To re-close the clutch, the key must be released. Thus, the main disadvantage of the device is the impossibility of controlling the valve position in an intermediate state (between the open or closed positions), which means that the device cannot be operated as a full-fledged inflow control device, and secondly, it is impossible to re-close the coupling remotely and without stopping the well, since it is necessary to lower an additional tool - a key for mechanical movement of the hydraulic fracturing clutch valve.

Из уровня техники также известен приточный клапан, представляющий собой стационарно установленный клапан затворного типа с электронным управлением, который облегчает управление потоком скважины через порты или установленные штуцеры (https://www.nov.com/products/react-inflow-valve). Бортовая электроника клапана не требует подключения к поверхности (работа без кабеля и внешнего питания), в клапане используется гидравлический канал связи для передачи информации. Заряда для питания электронного блока управления хватает на 180 дней. Клапан может находиться в двух основных фиксированных положениях - открыто или закрыто. После первой активации нет возможности повторно закрыть клапан, таким образом, устройство выполняет свою функцию единоразово. Основными недостатками устройства являются невозможность установки промежуточного положения муфты (между положениями открыто или закрыто), а значит, устройство не может эксплуатироваться как устройство контроля притока, клапан может быть только единоразово закрыт. Однако устройство позволяет проводить селективные ГРП, но при ограниченном давлении.An inflow valve is also known from the prior art, which is a permanently installed electronically controlled gate valve that facilitates control of well flow through ports or installed fittings (https://www.nov.com/products/react-inflow-valve). The valve's on-board electronics do not require connection to the surface (operation without cable or external power), the valve uses a hydraulic communication channel to transmit information. The charge to power the electronic control unit lasts for 180 days. The valve can be in two main fixed positions - open or closed. After the first activation there is no possibility to close the valve again, so the device performs its function once. The main disadvantages of the device are the impossibility of setting an intermediate position of the coupling (between the open or closed positions), which means that the device cannot be operated as an inflow control device; the valve can only be closed once. However, the device allows for selective hydraulic fracturing, but at limited pressure.

Отличительной особенностью заявленного технического решения от приведенных аналогов является то, что для осуществления перемещения многопозиционного затвора используется мотор-редуктор, связанный с затвором при помощи винтовой пары, сформированной из вала и приводной гайки вала таким образом, что вращательное движение мотор-редуктора через вал и приводную гайку переходит в поступательное движение и позволяет двигать затвор в осевом направлении и открывать или закрывать циркуляционные отверстия. Поскольку в заявленной конструкции отсутствуют седла и шары, то нет необходимости в их фрезеровании или растворении после проведения работ ГРП. Это позволяет сразу же после проведения ГРП приступить к добыче (закачке) флюида. В процессе эксплуатации скважины, за счет многопозиционного перемещения затвора, устройство позволяет регулировать степень открытия (закрытия) циркуляционных отверстий, т.е. осуществлять управление и контроль притока (закачки) флюида в скважину или из скважины.A distinctive feature of the claimed technical solution from the above analogues is that to move a multi-position shutter, a gear motor is used, connected to the shutter using a screw pair formed from a shaft and a drive shaft nut in such a way that the rotational movement of the gear motor through the shaft and drive the nut goes into translational motion and allows you to move the shutter in the axial direction and open or close the circulation holes. Since the claimed design does not contain seats and balls, there is no need to mill them or dissolve them after hydraulic fracturing. This allows you to begin production (injection) of fluid immediately after hydraulic fracturing. During the operation of the well, due to the multi-position movement of the valve, the device allows you to adjust the degree of opening (closing) of the circulation holes, i.e. control and monitor the influx (injection) of fluid into or out of a well.

Удаленное управление работой электроклапана ГРП осуществляется с наземного регистратора через плату управления и мотор-редуктор, установленный в герметичном отсеке электроники электроклапана. Питание и передача сигналов от наземного регистратора к электрическому блоку электроклапана осуществляются через скважинный кабель.Remote control of the operation of the hydraulic fracturing solenoid valve is carried out from the ground recorder through a control board and a gear motor installed in the sealed electronics compartment of the solenoid valve. Power and signal transmission from the surface recorder to the electrical unit of the solenoid valve is carried out through the downhole cable.

- 1 043481- 1 043481

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Задачей, решаемой заявленным изобретением, является осуществление возможности проведения селективной обработки зон пласта с помощью гидроразрыва пласта (ГРП) в незацементированном стволе скважины за счет использования электроклапана гидроразрыва пласта, открытие которого осуществляется с помощью дистанционно управляемого скважинного электродвигателя. При дальнейшей эксплуатации скважины электроклапан с помощью электромотора способен закрываться и открываться на требуемое значение, что позволяет управлять профилем притока флюида в добывающую скважину или профилем закачки жидкости в нагнетательную скважину, таким образом увеличивая нефтеотдачу пласта.The problem solved by the claimed invention is the possibility of carrying out selective treatment of formation zones using hydraulic fracturing (HF) in an uncemented wellbore through the use of an electric hydraulic fracturing valve, the opening of which is carried out using a remotely controlled downhole electric motor. During further operation of the well, the electric valve, using an electric motor, is able to close and open to the required value, which allows you to control the profile of fluid inflow into the production well or the profile of fluid injection into the injection well, thus increasing the oil recovery of the formation.

Технический результат заявленного изобретения заключается в обеспечении постоянного контроля и оперативного изменения положения многопозиционного затвора электроклапана, что позволяет исключить технологические операции классического ГРП, связанные с активацией муфт ГРП; проводить селективный гидроразрыв пласта; в последующем, осуществлять точное управление и контроль притока или закачки флюида в скважину; повысить надежность работы устройства.The technical result of the claimed invention is to ensure constant monitoring and prompt change of the position of the multi-position valve of the solenoid valve, which eliminates the technological operations of classical hydraulic fracturing associated with the activation of hydraulic fracturing couplings; carry out selective hydraulic fracturing; subsequently, carry out precise control and control of the influx or injection of fluid into the well; increase the reliability of the device.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство гидроразрыва пласта состоит из соединенных скважинным кабелем наземного регистратора и по меньшей мере одного электроклапана гидроразрыва пласта, который состоит из корпуса с герметичным отсеком электроники и подвижным затвором, размещенным во внутренней части корпуса. В герметичном отсеке электроники расположен мотор-редуктор со скважинной электроникой. В корпусе электроклапана выполнены циркуляционные отверстия, а в подвижном затворе выполнены радиальные отверстия, при этом два вида отверстий могут перекрываться или совмещаться. Подвижный затвор выполнен с возможностью движения относительно оси электроклапана за счет работы мотор-редуктора, что обеспечивает закрытие или открытие циркуляционных отверстий корпуса.This technical result is achieved by the fact that the hydraulic fracturing device consists of a surface recorder connected by a downhole cable and at least one electric hydraulic fracturing valve, which consists of a housing with a sealed electronics compartment and a movable shutter located in the inner part of the housing. The sealed electronics compartment houses a gear motor with downhole electronics. Circulation holes are made in the body of the electrovalve, and radial holes are made in the movable valve, and the two types of holes can overlap or be combined. The movable shutter is designed to move relative to the axis of the solenoid valve due to the operation of the gear motor, which ensures the closing or opening of the circulation holes of the housing.

В частном случае реализации заявленного технического решения взаимодействие подвижного затвора с валом мотор-редуктора выполнено в виде винтовой пары, выполненной с возможностью преобразования вращательного движения вала мотор-редуктора в поступательное движение подвижного затвора, при этом винтовая пара выполнена в виде приводной гайки, размещенной на подвижном затворе, взаимодействующей с валом мотор-редуктора.In a particular case of implementation of the claimed technical solution, the interaction of the movable shutter with the shaft of the gear motor is made in the form of a screw pair, designed to convert the rotational movement of the gear motor shaft into the translational movement of the movable shutter, while the screw pair is made in the form of a drive nut placed on the movable gate interacting with the shaft of the gear motor.

В частном случае реализации заявленного технического решения вал мотор-редуктора может состоять из двух частей: первая часть - главный вал мотор-редуктора, который исходит из моторредуктора; вторая часть - вал винтовой пары, который соединен с главным валом и взаимодействует с винтовой парой. Такое разделение позволяет обеспечить дополнительную герметизацию отсека электроники.In a particular case of implementing the claimed technical solution, the gearmotor shaft may consist of two parts: the first part is the main shaft of the gearmotor, which comes from the gearmotor; the second part is the screw pair shaft, which is connected to the main shaft and interacts with the screw pair. This separation allows for additional sealing of the electronics compartment.

В частном случае реализации заявленного технического решения взаимодействие приводной гайки с валом мотор-редуктора выполнено в виде магнитной муфты, части которой разъедены герметичной перегородкой, одна часть магнитной муфты связана с валом мотор-редуктора, а вторая часть магнитной муфты связана с валом винтовой пары, что обеспечивает преобразование вращательного движения в поступательное и герметизацию отсека электроники.In a particular case of implementation of the claimed technical solution, the interaction of the drive nut with the shaft of the gearmotor is made in the form of a magnetic coupling, parts of which are corroded by a sealed partition, one part of the magnetic coupling is connected to the shaft of the gearmotor, and the second part of the magnetic coupling is connected to the shaft of the screw pair, which ensures the conversion of rotational motion into translational motion and sealing of the electronics compartment.

В частном случае реализации заявленного технического решения подвижный затвор выполнен с возможностью осевого поворота относительно оси электроклапана за счет работы мотор-редуктора, что обеспечивает закрытие или открытие циркуляционных отверстий корпуса.In a particular case of implementing the claimed technical solution, the movable shutter is designed to be axially rotated relative to the axis of the solenoid valve due to the operation of a gear motor, which ensures the closing or opening of the circulation holes of the housing.

В частном случае реализации заявленного технического решения устройство выполнено с возможностью осуществления управления и контроля притока флюида в скважину за счет регулировки степени закрытия или открытия циркуляционных отверстий корпуса посредством перемещения подвижного затвора.In a particular case of implementing the claimed technical solution, the device is configured to control and monitor the influx of fluid into the well by adjusting the degree of closing or opening of the circulation holes of the housing by moving the movable shutter.

В частном случае реализации заявленного технического решения устройство может дополнительно содержать фиксаторы от осевых перемещений подвижного затвора.In a particular case of implementing the claimed technical solution, the device may additionally contain clamps against axial movements of the movable shutter.

В частном случае реализации заявленного технического решения устройство дополнительно оснащено датчиками температуры, и/или давления, и/или состава, и/или расхода для осуществления контроля притока флюида в скважину или из скважины.In a particular case of implementing the claimed technical solution, the device is additionally equipped with temperature, and/or pressure, and/or composition, and/or flow sensors to monitor the fluid inflow into or out of the well.

В частном случае реализации заявленного технического решения циркуляционные отверстия корпуса расположены по окружности корпуса и имеют суммарную площадь не менее площади внутреннего поперечного сечения трубы, при этом радиальные отверстия затвора идентичны по расположению, форме и площади циркуляционным отверстиям корпуса.In a particular case of implementation of the claimed technical solution, the circulation holes of the housing are located around the circumference of the housing and have a total area not less than the area of the internal cross-section of the pipe, while the radial holes of the valve are identical in location, shape and area to the circulation holes of the housing.

В частном случае реализации заявленного технического решения мотор-редуктор снабжен энкодером для подсчета точного количества оборотов вала мотор-редуктора и платой управления, расположенными в отсеке электроники, которые соединены скважинным кабелем с наземным регистратором через гермоввод, разделяющий скважинную среду от герметичного отсека электроники.In a particular case of implementation of the claimed technical solution, the geared motor is equipped with an encoder for counting the exact number of revolutions of the geared motor shaft and a control board located in the electronics compartment, which are connected by a downhole cable to a surface recorder through a pressure seal separating the downhole environment from the sealed electronics compartment.

В частном случае реализации заявленного технического решения на валу мотор-редуктора дополнительно установлено уплотнение для обеспечения герметичности отсека электроники.In a particular case of implementing the claimed technical solution, a seal is additionally installed on the gearmotor shaft to ensure the tightness of the electronics compartment.

В частном случае реализации заявленного технического решения электроклапан гидроразрыва пласта дополнительно содержит механизм механического открытия/закрытия отверстий.In a particular case of implementation of the claimed technical solution, the electric hydraulic fracturing valve additionally contains a mechanism for mechanical opening/closing of holes.

В частном случае реализации заявленного технического решения наземный регистратор снабженIn a particular case of implementation of the claimed technical solution, the ground recorder is equipped with

- 2 043481 каналом связи, выполненным с возможностью дистанционного приема командного сигнала и последующей передачи сигнала на электроклапан гидроразрыва пласта через скважинный кабель.- 2 043481 communication channel, configured to remotely receive a command signal and subsequently transmit the signal to the electric hydraulic fracturing valve through the downhole cable.

В частном случае реализации заявленного технического решения электроклапаны гидроразрыва пласта соединены последовательно скважинным кабелем.In a particular case of implementation of the claimed technical solution, hydraulic fracturing electric valves are connected in series with a downhole cable.

В частном случае реализации заявленного технического решения электроклапаны гидроразрыва пласта установлены на обсадных трубах, или в комбинированной колонне, или в компоновке хвостовика, или в гибких насосных трубах, или на насосно-компрессорных трубахIn a particular case of implementation of the claimed technical solution, electric hydraulic fracturing valves are installed on casing pipes, or in a combined string, or in a liner arrangement, or in flexible pump pipes, or on tubing

В частном случае реализации заявленного технического решения устройство дополнительно оснащено аккумуляторами.In a particular case of implementation of the stated technical solution, the device is additionally equipped with batteries.

В частном случае реализации заявленного технического решения устройство дополнительно оснащено системами радиочастотной идентификации для беспроводного управления по меньшей мере одним электроклапаном гидроразрыва пласта.In a particular case of implementing the claimed technical solution, the device is additionally equipped with radio frequency identification systems for wireless control of at least one hydraulic fracturing electric valve.

В частном случае реализации заявленного технического решения электроклапаны выполнены из материалов в кислотостойком исполнении для кислотных обработок продуктивного пласта.In a particular case of implementation of the stated technical solution, the electrovalves are made of acid-resistant materials for acid treatments of the productive formation.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

Детали, признаки, а также преимущества настоящего изобретения следуют из нижеследующего описания вариантов реализации заявленного технического решения с использованием чертежей, на которых показано:Details, features, and advantages of the present invention follow from the following description of embodiments of the claimed technical solution using the drawings, which show:

фиг. 1 - блок-схема системы с одним электроклапаном ГРП;fig. 1 - block diagram of a system with one hydraulic fracturing solenoid valve;

фиг. 2 - блок-схема системы с четырьмя электроклапанами ГРП;fig. 2 - block diagram of a system with four electric hydraulic fracturing valves;

фиг. 3 - блок-схема подключения мотор-редуктора;fig. 3 - block diagram of connecting the gear motor;

фиг. 4 - эскиз электроклапана ГРП в открытом положении;fig. 4 - sketch of the hydraulic fracturing solenoid valve in the open position;

фиг. 5 - эскиз электроклапана ГРП в закрытом положении;fig. 5 - sketch of the hydraulic fracturing solenoid valve in the closed position;

фиг. 6 - эскиз электроклапана ГРП с кольцевыми уступами;fig. 6 - sketch of a hydraulic fracturing electrovalve with annular ledges;

фиг. 7 - эскиз электроклапана ГРП с электромагнитной муфтой;fig. 7 - sketch of a hydraulic fracturing solenoid valve with an electromagnetic clutch;

фиг. 8 - вид A, отмеченный на фиг. 7.fig. 8 is view A, marked in FIG. 7.

На фигурах цифрами обозначены следующие позиции:In the figures the following positions are indicated by numbers:

- наземный регистратор; 2 - скважинный кабель; 3 - электроклапан ГРП; 4 - гермоввод; 5 - плата управления; 6 - кабель питания; 7 - мотор-редуктор с энкодером; 8 - вал мотор-редуктора; 9 - отсек электроники; 10 - корпус с кожухом; 11 - приводная гайка; 12 - подвижный затвор; 13 - циркуляционные отверстия корпуса; 14 - радиальные отверстия затвора; 15 - уплотнение; 16 - уплотнения затвора; 17 - кольцевой уступ; 18 - магнитная муфта; 19 - герметичная перегородка; 20 - вал приводной гайки.- ground recorder; 2 - borehole cable; 3 - electric hydraulic valve; 4 - sealed lead-in; 5 - control board; 6 - power cable; 7 - gear motor with encoder; 8 - gear motor shaft; 9 - electronics compartment; 10 - body with casing; 11 - drive nut; 12 - movable shutter; 13 - circulation holes of the housing; 14 - radial holes of the shutter; 15 - seal; 16 - valve seals; 17 - annular ledge; 18 - magnetic coupling; 19 - sealed partition; 20 - drive nut shaft.

Раскрытие изобретенияDisclosure of the Invention

Различные особенности работы устройства будут более подробно представлены ниже со ссылкой на фигуры и схемы, в которых проиллюстрировано подробное описание устройства. Описания хорошо известных материалов, технологий обработки компонентов и оборудования будут опущены, чтобы не затруднять понимания работы устройства в целом. Следует понимать, что подробное описание фигур и схем носит иллюстративный, а не ограничительный характер.Various features of the operation of the device will be presented in more detail below with reference to figures and diagrams in which a detailed description of the device is illustrated. Descriptions of well-known materials, processing technologies for components and equipment will be omitted so as not to impede the understanding of the operation of the device as a whole. It should be understood that the detailed descriptions of the figures and diagrams are illustrative and not restrictive.

Устройство состоит из наземного регистратора 1 и электроклапана ГРП (скважинный прибор) 3, соединенных скважинным кабелем 2 (фиг. 1). Дистанционное управление электроклапаном ГРП 3 осуществляется за счет передачи сигналов через кабель 2, который также питает мотор-редуктор с энкодером 7 и плату управления 5, посредством наземного регистратора 1 (фиг. 1 и 2).The device consists of a ground recorder 1 and a hydraulic fracturing valve (downhole device) 3, connected by a downhole cable 2 (Fig. 1). Remote control of the electric hydraulic valve 3 is carried out by transmitting signals through cable 2, which also powers the gear motor with encoder 7 and the control board 5, via a ground recorder 1 (Fig. 1 and 2).

Электроклапан гидроразрыва пласта (электроклапан ГРП) позволяет удаленно как проводить селективный гидроразрыв пласта, так и в последующем осуществлять управление и контроль притока флюида из скважины или закачки флюида в скважину.The hydraulic fracturing electrovalve (hydraulic fracturing electrovalve) allows you to remotely both carry out selective hydraulic fracturing and subsequently control and monitor the influx of fluid from the well or the injection of fluid into the well.

Устройство отличается от ранее приведенных аналогов тем, что для осуществления перемещения затвора 12 используется мотор-редуктор с энкодером 7, связанный с подвижным затвором 12 валом 8 таким образом, что вращательное движение мотор-редуктора 7 через вал 8 и приводную гайку 11 винтовая пара переходит в поступательное движение и позволяет двигать подвижный затвор 12 вдоль осевого направления концентрично корпусу с кожухом 10 и открывать или закрывать циркуляционные отверстия корпуса 13, совмещая или разобщая циркуляционные отверстия корпуса 13 с радиальными отверстиями подвижного затвора 14 на заданную степень открытия или закрытия (фиг. 4 и 5).The device differs from previously given analogues in that to move the shutter 12, a gearmotor with an encoder 7 is used, connected to the movable shutter 12 by a shaft 8 in such a way that the rotational movement of the gearmotor 7 through the shaft 8 and the drive nut 11 turns into a screw pair translational movement and allows you to move the movable shutter 12 along the axial direction concentrically with the housing with the casing 10 and open or close the circulation holes of the housing 13, combining or separating the circulation holes of the housing 13 with the radial holes of the movable shutter 14 to a given degree of opening or closing (Figs. 4 and 5 ).

Циркуляционные отверстия корпуса 13 расположены по окружности корпуса и имеют суммарную площадь не менее площади внутреннего поперечного сечения трубы для предотвращения размытия элементов электроклапана при больших расходах.The circulation holes of the housing 13 are located around the circumference of the housing and have a total area not less than the internal cross-sectional area of the pipe to prevent blurring of the electrovalve elements at high flow rates.

Радиальные отверстия затвора 14 идентичны по расположению, форме и площади циркуляционным отверстиям корпуса.The radial holes of the shutter 14 are identical in location, shape and area to the circulation holes of the housing.

Электроклапан ГРП 3 состоит из подвижной части и герметичного отсека электроники 9, внутри которого расположен мотор-редуктор с энкодером 7 и платой управления 5, соединенными кабелем питания 6. Скважинный кабель 2 через гермоввод 4 подключается к плате управления 5. Подвижная часть электроклапана включает в себя полый цилиндрический корпус с кожухом 10 с выполненными в нем циркуляционными отверстиями корпуса 13, подвижный затвор 12 с уплотнением затвора 16 с радиаль- 3 043481 ными отверстиями 14. К подвижному затвору 12 жестко прикреплена приводная гайка 11, преобразующая вращательное движение вала мотор-редуктора 8 в поступательное движение благодаря винтовой паре. Герметизация отсека электроники 9 осуществляется за счет уплотнения 15 (фиг. 4). Подвижный затвор выполнен с возможностью движения относительно оси электроклапана за счет работы моторредуктора, что обеспечивает закрытие или открытие циркуляционных отверстий корпуса.The hydraulic fracturing solenoid valve 3 consists of a moving part and a sealed electronics compartment 9, inside of which there is a gear motor with an encoder 7 and a control board 5, connected by a power cable 6. Downhole cable 2 is connected to the control board 5 through a sealed lead-in 4. The moving part of the solenoid valve includes a hollow cylindrical body with a casing 10 with circulation holes in the body 13, a movable shutter 12 with a shutter seal 16 with radial holes 14. A drive nut 11 is rigidly attached to the movable shutter 12, converting the rotational movement of the gear motor shaft 8 into translational movement thanks to a screw pair. The electronics compartment 9 is sealed using a seal 15 (Fig. 4). The movable shutter is designed to move relative to the axis of the solenoid valve due to the operation of the gear motor, which ensures the closing or opening of the circulation holes of the housing.

Поскольку в конструкции отсутствуют седла и шары, то нет необходимости в их фрезеровании или растворении после проведения работ гидроразрыва пласта (ГРП). Это позволяет сразу же после проведения ГРП приступить к добыче (закачке) флюида.Since there are no seats or balls in the design, there is no need to mill them or dissolve them after hydraulic fracturing (fracturing) work. This allows you to begin production (injection) of fluid immediately after hydraulic fracturing.

В процессе эксплуатации скважины за счет многопозиционного перемещения подвижного затвора 12, устройство позволяет регулировать степень открытия/закрытия циркуляционных отверстий 13, т.е. осуществлять управление и контроль притока (закачки) флюида в скважину или из скважины.During the operation of the well, due to the multi-position movement of the movable shutter 12, the device allows you to adjust the degree of opening/closing of the circulation holes 13, i.e. control and monitor the influx (injection) of fluid into or out of a well.

Удаленное управление работой электроклапана ГРП осуществляется с наземного регистратора 1 через плату управления 5, установленную в скважине в отсеке электронике. Питание и передача сигналов от наземного регистратора осуществляется через скважинный кабель 2. Подключение скважинной электроники, расположенной в отсеке электроники 9, осуществляется следующим образом: скважинный кабель 2 через гермоввод 4 подключается к плате управления 5. Информация о положении вала моторредуктора 8 поступает на плату 5 через кабель питания 6. Питание мотор-редуктора 7 с энкодером осуществляется с помощью кабеля питания 6. Данный вариант изображен на фиг. 3.Remote control of the operation of the hydraulic fracturing electrovalve is carried out from the ground recorder 1 through the control board 5 installed in the well in the electronics compartment. Power supply and transmission of signals from the surface recorder is carried out through the downhole cable 2. The connection of the downhole electronics located in the electronics compartment 9 is carried out as follows: the downhole cable 2 is connected to the control board 5 through a sealed lead-in 4. Information about the position of the gear motor shaft 8 is supplied to the board 5 through power cable 6. The gearmotor 7 with encoder is powered using power cable 6. This option is shown in Fig. 3.

В частном случае реализации данного технического решения наземный регистратор имеет канал связи, позволяющий принимать командный сигнал от компьютера, пульта или блока управления и передавать его на электроклапан ГРП через скважинный кабель.In a particular case of implementing this technical solution, the ground recorder has a communication channel that allows it to receive a command signal from a computer, console or control unit and transmit it to the hydraulic fracturing electric valve through the downhole cable.

В частном случае реализации заявленного технического решения в компоновку хвостовика устанавливают несколько электроклапанов ГРП 3. Данный вариант изображен на фиг. 2. При установке в компоновку хвостовика нескольких электроклапанов ГРП 3 электрокабель 2 последовательно соединяет каждый электроклапан ГРП 3.In a particular case of implementing the claimed technical solution, several electric hydraulic fracturing valves 3 are installed in the liner layout. This option is shown in Fig. 2. When installing several hydraulic fracturing electric valves 3 into the shank assembly, electric cable 2 connects each hydraulic fracturing valve 3 in series.

В частном случае реализации заявленного технического решения устройство может устанавливаться на обсадных трубах (без хвостовика).In a particular case of implementing the stated technical solution, the device can be installed on casing pipes (without a liner).

В частном случае реализации заявленного технического решения устройство может устанавливаться в комбинированной колонне.In a particular case of implementing the claimed technical solution, the device can be installed in a combined column.

В частном случае реализации заявленного технического решения устройство может быть оснащено аккумуляторами и системами радиочастотной идентификации, которые располагаются в отсеке электроники и позволяют осуществлять беспроводное управление электроклапаном ГРП при спуске в скважину устройства, которое является источником командного сигнала необходимой частоты, формы, длительности.In a particular case of implementing the claimed technical solution, the device can be equipped with batteries and radio frequency identification systems, which are located in the electronics compartment and allow wireless control of the hydraulic fracturing electrovalve when lowering the device into the well, which is the source of the command signal of the required frequency, shape, and duration.

В частном случае реализации заявленного технического решения устройство может быть оснащено датчиками температуры, и/или давления, и/или состава, и/или расхода для осуществления контроля притока флюида в скважину или из скважины.In a particular case of implementing the claimed technical solution, the device may be equipped with temperature, and/or pressure, and/or composition, and/or flow sensors to monitor the fluid inflow into or out of the well.

Гидроразрыв пласта происходит следующим образом.Hydraulic fracturing occurs as follows.

Электроклапан(ы) ГРП 3 в составе хвостовика в закрытом положении спускается(ются) до заданного интервала ствола скважины. После спуска с двух противоположных сторон от электроклапана ГРП 3 происходит активация заколонных пакеров (не изображены на фигурах, поскольку не имеют отношения к устройству) для герметизации пространства в области проведения ГРП. С наземного регистратора 1 по скважинному кабелю 2 дистанционно передается сигнал открытия электроклапана ГРП 3. В исходном положении подвижный затвор 12 перекрывает циркуляционные отверстия 13 корпуса с кожухом 10, а в открытом положении радиальные отверстия затвора 14 совпадают с положениями циркуляционных отверстий 13 корпуса с кожухом 10.Hydraulic fracturing electrovalve(s) 3 as part of the liner in the closed position is lowered to a specified interval of the wellbore. After lowering from two opposite sides of the hydraulic fracturing electrovalve 3, the behind-the-casing packers are activated (not shown in the figures, since they are not related to the device) to seal the space in the hydraulic fracturing area. From the surface recorder 1, a signal for opening the hydraulic fracturing electrovalve 3 is remotely transmitted via the downhole cable 2. In the initial position, the movable shutter 12 covers the circulation holes 13 of the housing with the casing 10, and in the open position, the radial holes of the shutter 14 coincide with the positions of the circulation holes 13 of the housing with the casing 10.

Механизм открытия электроклапана ГРП 3 происходит следующим образом: после получения сигнала с наземного регистратора 1 мотор-редуктор с энкодером 7 поворачивает на определенное количество оборотов вал мотор-редуктора 8, один конец которого имеет механическую связь с винтовой парой, сформированной из вала 8 и приводной гайки 11, для преобразования вращательного движения в поступательное. Жесткое соединение приводной гайки 11 с подвижным затвором 12 обеспечивает передачу поступательного движения, что позволяет двигать подвижный затвор 12. Закрытие циркуляционных отверстий 13 происходит по аналогичному принципу. После открытия электроклапана (совмещение циркуляционных отверстий корпуса и радиальных отверстий затвора) в хвостовике нагнетается давление достаточное для образования трещин в пласте, после чего происходит ГРП и закачивается заданное количество жидкости и/или пропанта в пласт.The opening mechanism of the electric hydraulic valve 3 occurs as follows: after receiving a signal from ground recorder 1, the gear motor with encoder 7 turns the gear motor shaft 8 by a certain number of revolutions, one end of which has a mechanical connection with a screw pair formed from shaft 8 and the drive nut 11, to convert rotational motion into translational motion. The rigid connection of the drive nut 11 with the movable shutter 12 ensures the transmission of translational motion, which allows the movable shutter 12 to move. The closing of the circulation holes 13 occurs according to a similar principle. After opening the electrovalve (combining the circulation holes of the body and the radial holes of the valve), pressure sufficient to form cracks in the formation is injected into the liner, after which hydraulic fracturing occurs and a specified amount of liquid and/or proppant is pumped into the formation.

В случае необходимости проведения ГРП на другом участке ствола скважины путем передачи сигнала с наземного регистратора 1 по скважинному кабелю 2 происходит закрытие ранее открытого электроклапана ГРП 3, и описанная выше операция проведения ГРП повторяется с участием другого электроклапана ГРП.If it is necessary to carry out hydraulic fracturing in another section of the wellbore, by transmitting a signal from the surface recorder 1 via the downhole cable 2, the previously open hydraulic fracturing electric valve 3 is closed, and the above-described hydraulic fracturing operation is repeated with the participation of another hydraulic fracturing electric valve.

После проведения ГРП в скважине для управления и контроля притоком (закачки) флюида в сква- 4 043481 жину электроклапан ГРП 3 по мере необходимости приводится в движение согласно ранее описанному механизму открытия/закрытия, за счет чего изменяется гидродинамическое сопротивление течению флюида и выравнивается профиль притока или закачки. Команды для управления степенью открытия/закрытия от наземного регистратора 1 через скважинный кабель 2 передаются на плату управления 5. Далее энкодер, входящий в состав мотор-редуктора 7, позволяет производить подсчет количества оборотов вала мотор-редуктора 8, что, в свою очередь, позволяет определять положение подвижного затвора 12 и регулировать степень открытия или закрытия циркуляционных отверстий 13 корпуса с кожухом 10 (фиг. 4, 5).After hydraulic fracturing in the well, in order to control and control the influx (injection) of fluid into the well, the hydraulic fracturing valve 3, as necessary, is set in motion according to the previously described opening/closing mechanism, due to which the hydrodynamic resistance to fluid flow changes and the inflow profile is leveled or downloads. Commands for controlling the degree of opening/closing from the surface recorder 1 through the downhole cable 2 are transmitted to the control board 5. Next, the encoder included in the gear motor 7 allows you to count the number of revolutions of the gear motor shaft 8, which, in turn, allows determine the position of the movable shutter 12 and regulate the degree of opening or closing of the circulation holes 13 of the housing with the casing 10 (Fig. 4, 5).

В частном случае реализации заявленного технического решения с целью использования электроклапана ГРП в экстренных ситуациях (при отсутствии сигнала от платы управления/мотор-редуктора и/или питания от наземного регистратора) в конструкции может располагаться подвижный затвор 12 с кольцевыми уступами 17 для механического открытия/закрытия циркуляционных отверстий с внутренней стороны. Активация подвижного затвора 12 требует использования ключа толкателя (не изображен на фигурах, поскольку не имеет отношения к сущности устройства), позволяющего сдвигать подвижный затвор 12 с радиальными отверстиями затвора 14, перекрывая (открывая) циркуляционные отверстия корпуса 13, разорвав (восстановив) гидродинамическую связь между пластом и скважиной (фиг. 6).In a particular case of implementing the claimed technical solution for the purpose of using a hydraulic fracturing solenoid valve in emergency situations (in the absence of a signal from the control board/geared motor and/or power from the ground recorder), the design may contain a movable shutter 12 with annular ledges 17 for mechanical opening/closing circulation holes on the inside. Activation of the movable shutter 12 requires the use of a pusher key (not shown in the figures, since it is not related to the essence of the device), which allows you to move the movable shutter 12 with the radial holes of the shutter 14, blocking (opening) the circulation holes of the housing 13, breaking (restoring) the hydrodynamic connection between reservoir and well (Fig. 6).

В частном случае реализации заявленного технического решения для дополнительной фиксации от осевых перемещений подвижного затвора 12 в крайних положениях открыто или закрыто может быть предусмотрено наличие фиксаторов.In a particular case of implementation of the claimed technical solution for additional fixation from axial movements of the movable shutter 12 in the extreme open or closed positions, the presence of clamps can be provided.

В частном случае реализации заявленного технического решения возможно исполнение электроклапана ГРП с другим способом преобразования вращательного движения в поступательное (фиг. 7). Для этого используется магнитная муфта 18, которая разъединена герметичной перегородкой 19 на две части. Одна часть магнитной муфты связана с валом мотор-редуктора 8, а вторая часть магнитной муфты связана с валом винтовой пары, которая, в свою очередь, связана с приводной гайкой 11, что обеспечивает преобразование вращательного движения в поступательное. Данный механизм соединения позволяет отказаться от уплотнения 15 вала мотор-редуктора (8) и полностью герметизирует отсек электроники (фиг. 7, 8).In a particular case of implementing the claimed technical solution, it is possible to design a hydraulic fracturing electrovalve with a different method of converting rotational motion into translational motion (Fig. 7). For this purpose, a magnetic coupling 18 is used, which is separated into two parts by a sealed partition 19. One part of the magnetic coupling is connected to the shaft of the gear motor 8, and the second part of the magnetic coupling is connected to the shaft of the screw pair, which, in turn, is connected to the drive nut 11, which ensures the conversion of rotational motion into translational motion. This connection mechanism makes it possible to omit the seal 15 of the gear motor shaft (8) and completely seals the electronics compartment (Fig. 7, 8).

Способ гидроразрыва пласта (ГРП) при помощи электроклапана гидроразрыва пласта (электроклапан ГРП) возможен к применению в нефтяных и газовых скважинах. Применяется при заканчивании скважин, т.е. после бурения скважины в нее спускается колонна подвесного оборудования (хвостовик), в состав которой входит электроклапан ГРП, который находится в закрытом состоянии. Возможно использование нескольких клапанов в одной связке.The hydraulic fracturing (fracturing) method using a hydraulic fracturing electrovalve (hydraulic fracturing electrovalve) can be used in oil and gas wells. It is used when completing wells, i.e. After drilling a well, a string of suspended equipment (liner) is lowered into it, which includes an electric fracturing valve, which is in a closed state. It is possible to use several valves in one bundle.

Циркуляционные отверстия клапана (клапанов) ГРП находятся в закрытом положении. После спуска компоновки один из электроклапанов ГРП открывается. Происходит нагнетание давления внутри скважины до значения, достаточного для осуществления гидроразрыва пласт. После проведения операции ГРП клапан используется в качестве многопозиционной задвижки для создания дополнительного сопротивления течению и выравниванию профиля притока (закачки). При наличии нескольких клапанов ГРП порядок определяется бригадой КРС, причем после проведения каждого ГРП следует повтор операций с нагнетанием давления и открытия / закрытия клапана.The circulation holes of the hydraulic fracturing valve(s) are in the closed position. After lowering the assembly, one of the electric hydraulic fracturing valves opens. The pressure inside the well is pumped up to a value sufficient to carry out hydraulic fracturing. After the hydraulic fracturing operation, the valve is used as a multi-position valve to create additional resistance to flow and level the inflow (injection) profile. If there are several hydraulic fracturing valves, the order is determined by the workover team, and after each hydraulic fracturing the operations with injection of pressure and opening/closing of the valve are repeated.

Для управления открытием/закрытием клапана отсутствует необходимость механических действий. Открытие/закрытие электроклапана ГРП происходит из удаленного места на поверхности. Данный способ управления способствует контролю открытия или закрытия циркуляционных отверстий, передает информацию о положении подвижного затвора в корпусе. Существует возможность установки степени открытия/закрытия циркуляционных отверстий.There is no need for mechanical action to control the opening/closing of the valve. The opening/closing of the hydraulic fracturing solenoid valve occurs from a remote location on the surface. This control method helps control the opening or closing of circulation holes and transmits information about the position of the movable shutter in the housing. It is possible to set the degree of opening/closing of the circulation holes.

При использовании в скважине нескольких электроклапанов ГРП возможно их открытие в любой последовательности, например, при наличии четырех электроклапанов ГРП возможно произвести разрыв в последовательности 1-2-4-3, 3-4-2-1 и других вариациях, что позволяет осуществлять селективное воздействие на продуктивный пласт.When using several hydraulic fracturing electric valves in a well, it is possible to open them in any sequence, for example, if there are four hydraulic fracturing electric valves, it is possible to create a fracturing sequence in the sequence 1-2-4-3, 3-4-2-1 and other variations, which allows for selective impact to the productive formation.

С каждым последующим гидроразрывом пласта происходит закрытие электроклапана ГРП, через который произошел гидроразрыв. Повторно нагнетается давление для ГРП, и открывается необходимый клапан.With each subsequent hydraulic fracturing of the formation, the hydraulic fracturing electrovalve through which the hydraulic fracturing occurred is closed. The hydraulic fracturing pressure is re-injected and the required valve is opened.

Claims

CLAIM

1. A hydraulic fracturing device, consisting of a surface recorder and at least one hydraulic fracturing electric valve, wherein the surface recorder is connected to at least one said electric valve by a downhole cable;

wherein said at least one solenoid valve consists of a housing configured with a hollow interior and a sealed electronics compartment;

in this case, in the hollow inner part of the electrovalve body there is a movable shutter, configured to move relative to the axis of the electrovalve, and in the sealed electronics compartment there is a gear motor, configured to interact with the said movable shutter with its shaft;

Moreover, in the part of the body in which the movable shutter is located, through circulation holes are made, and radial holes are made in the movable shutter;

in this case, the movable shutter and the shaft of the gear motor are connected by a screw pair, configured to convert the rotational movement of the shaft of the gear motor into the translational movement of the movable shutter;

wherein the screw pair is made in the form of a drive nut placed on a movable shutter, interacting with the shaft of the geared motor, made of two parts: the first part is the main shaft of the geared motor, which comes from the geared motor, and the second part is the shaft of the screw pair , which is connected to the main shaft and interacts with the drive nut;

wherein the drive nut and the shaft of the gearmotor form a magnetic coupling, the parts of which are separated by a sealed partition, one half of the magnetic clutch is connected to the shaft of the gearmotor, and the second half of the magnetic clutch is connected to the shaft of the screw pair.

2. The device according to claim 1, characterized in that the movable shutter is capable of axial rotation relative to the axis of the solenoid valve.

3. The device according to claim 1, characterized in that it is designed to control and monitor the influx of fluid into the well by adjusting the degree of opening or closing of the circulation holes by moving the movable shutter.

4. The device according to claim 2, characterized in that the device additionally contains clamps against axial movements of the movable shutter in extreme positions.

5. The device according to claim 1, characterized in that the device is additionally equipped with temperature, and/or pressure, and/or composition, and/or flow sensors.

6. The device according to claim 1, characterized in that the through circulation holes of the housing are made along the circumference of the housing and have a total area not less than the internal cross-sectional area of the pipe, while the radial holes of the valve are identical in location, shape and area to the circulation holes of the housing.

7. The device according to claim 1, characterized in that the gear motor is equipped with an encoder and is connected by a downhole cable to a surface recorder through a control board, while the downhole cable is inserted inside the sealed compartment through a sealed lead-in.

8. The device according to claim 1, characterized in that a seal is additionally installed on the gear motor shaft.

9. The device according to claim 1, characterized in that the electric hydraulic fracturing valve additionally contains a mechanism for mechanical opening/closing of the holes.

10. The device according to claim 1, characterized in that the ground recorder is equipped with a communication channel configured to remotely receive a command signal and subsequently transmit the signal to the hydraulic fracturing electric valve through the downhole cable.

11. The device according to claim 1, characterized in that the hydraulic fracturing electric valves are connected in series with a downhole cable.

12. The device according to claim 1, characterized in that the electric fracturing valves are installed on casing pipes, or in a combined string, or in a liner assembly, or on tubing.

13. The device according to claim 1, characterized in that it is additionally equipped with batteries and radio frequency identification systems for wireless control of at least one electric fracturing valve.

14. The device according to claim 1, characterized in that it is made of acid-resistant materials for carrying out acid treatments of the productive formation.