RU213287U1

RU213287U1 - VARIABLE FLOW RESISTANCE DEVICE

Info

Publication number: RU213287U1
Application number: RU2022115066U
Authority: RU
Inventors: Богдан Николаевич Власов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ КОМПАНИЯ "ФИЛЬТР"
Filing date: 2022-06-03
Publication date: 2022-09-05

Abstract

Полезная модель относится к нефтяной промышленности, в частности к оборудованию для эксплуатации нефтяной или газовой скважины, и может быть использована для выравнивания притока пластового флюида вдоль ствола скважины, а также обеспечения переменной сопротивляемости потоку различных желательных и нежелательных текучих сред в составе текучей композиции. Устройство переменной сопротивляемости потоку выполнено цельной монолитной деталью из металла и содержит сформированные селективным лазерным плавлением: входные камеры, соединённые с проточной камерой каналом с тангенциальным направлением потока, перегородки, поддерживающие круговое движение поступающей смеси, и выходное отверстие. В перегородках выполнены отверстия с возможностью разделения общего потока на потоки с разной протяженностью и траекторией разных по вязкости жидкостей. Достигается технический результат – повышение надежности устройства переменной сопротивляемости потоку путём обеспечения соответствия фактической и расчетной траектории потоков, за счет точности выполнения системы внутренних каналов, повышения герметичности и износостойкости устройства, выполненного селективным лазерным плавлением в виде цельной монолитной детали из металла. 2 ил.The utility model relates to the oil industry, in particular to equipment for the operation of an oil or gas well, and can be used to equalize the inflow of formation fluid along the wellbore, as well as provide variable resistance to the flow of various desirable and undesirable fluids in the composition of the fluid composition. The variable flow resistance device is made of a solid monolithic metal part and contains the following formed by selective laser melting: inlet chambers connected to the flow chamber by a channel with a tangential flow direction, baffles supporting the circular motion of the incoming mixture, and an outlet. Holes are made in the partitions with the possibility of dividing the total flow into flows with different lengths and trajectories of liquids of different viscosities. A technical result is achieved - increasing the reliability of the device with variable flow resistance by ensuring that the actual and calculated flow trajectories match, due to the accuracy of the system of internal channels, increasing the tightness and wear resistance of the device, made by selective laser melting in the form of a solid monolithic metal part. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к нефтяной промышленности, в частности к оборудованию для эксплуатации нефтяной или газовой скважины, и может быть использована для выравнивания притока пластового флюида вдоль ствола скважины, а также обеспечения переменной сопротивляемости потоку различных желательных и нежелательных текучих сред в составе текучей композиции. The utility model relates to the oil industry, in particular to equipment for the operation of an oil or gas well, and can be used to equalize the inflow of formation fluid along the wellbore, as well as provide variable resistance to the flow of various desirable and undesirable fluids in the composition of the fluid composition.

Известно устройство переменной сопротивляемости потоку, описанное в патенте РФ на изобретение РФ №2552275 «СИСТЕМА ПЕРЕМЕННОЙ СОПРОТИВЛЯЕМОСТИ ПОТОКУ (ВАРИАНТЫ), ПРЕДНАЗНАЧЕННАЯ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В ПОДЗЕМНОЙ СКВАЖИНЕ, И СИСТЕМА СКВАЖИННОЙ ДОБЫЧИ» от 2011.05.30, опубл. 2015.06.10, МПК E21B 43/12. Описанное в вышеуказанном патенте устройство содержит проточную камеру, по которой проходит текучая композиция, имеющую вход и выход и,
по меньшей мере, одну конструкцию, воздействующую таким образом на любую часть текучей композиции, проходящую искривленным путем между входом и выходом, чтобы поддерживать такой искривленный поток, причем указанная конструкция имеет, по меньшей мере, одно отверстие, позволяющее текучей композиции проходить прямым путем от входа к выходу.A device of variable resistance to flow is known, described in the RF patent for the invention of the Russian Federation No. 2552275 "SYSTEM OF VARIABLE RESISTANCE TO FLOW (OPTIONS), DESIGNED FOR USE IN UNDERGROUND WELL, AND SYSTEM OF WELL PRODUCTION" dated 2011.05.30, publ. 2015.06.10, IPC E21B 43/12. The device described in the above patent contains a flow chamber through which a fluid composition passes, having an inlet and outlet and,
at least one structure thus acting on any part of the fluid composition passing in a curved path between the inlet and outlet to maintain such a curved flow, said structure having at least one opening to allow the fluid composition to pass in a straight path from the inlet to the exit.

Известно устройство переменной сопротивляемости потоку, описанное в патенте РФ на изобретение РФ №2562637 СИСТЕМА ПЕРЕМЕННОЙ СОПРОТИВЛЯЕМОСТИ ПОТОКУ (ВАРИАНТЫ), СОДЕРЖАЩАЯ КОНСТРУКЦИЮ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЦИРКУЛЯЦИИ ПОТОКА В ПОДЗЕМНОЙ СКВАЖИНЕ» от 2011.05.30, опубл. 2015.09.10, МПК E21B 43/12, E21B 34/06. Описанное в вышеуказанном патенте устройство содержит проточную камеру, по которой проходит текучая смесь. Камера имеет, по меньшей мере один вход, через который текучая смесь поступает в указанную камеру, выход, через который эта текучая смесь выходит из камеры, и по меньшей мере одну конструкцию, препятствующую изменению кругового движения текучей смеси у выхода на радиальное движение к выходу.A device of variable flow resistance is described in the RF patent for the invention of the Russian Federation No. 2562637 SYSTEM OF VARIABLE RESISTANCE TO FLOW (VERSIONS), CONTAINING THE CONSTRUCTION OF REGULATION OF THE FLOW CIRCULATION IN THE UNDERGROUND WELL "from 2011.05.30, publ. 2015.09.10, IPC E21B 43/12, E21B 34/06. The device described in the above patent contains a flow chamber through which a fluid mixture passes. The chamber has at least one inlet through which the fluid mixture enters the specified chamber, an outlet through which this fluid mixture leaves the chamber, and at least one structure that prevents the fluid mixture from changing the circular motion at the outlet to radial movement towards the outlet.

Наиболее близким по технической сути является устройство переменной сопротивляемости потоку, информация о котором опубликована в сети Интернет по адресу: http://www.spe-uk.org/aberdeen/wp-content/uploads/2014/02/inwellFLOWpres_11-Zhao-Halliburton.pdf. Известное устройство является сборным и содержит крышку и корпус с системой каналов, обеспечивающей разные траектории течения различных по вязкости жидкостей. The closest in technical essence is the variable flow resistance device, information about which is published on the Internet at: http://www.spe-uk.org/aberdeen/wp-content/uploads/2014/02/inwellFLOWpres_11-Zhao-Halliburton .pdf. The known device is prefabricated and contains a cover and a housing with a system of channels that provide different flow trajectories of liquids of various viscosities.

Наличие стыка между деталями известного устройства допускает отсутствие герметичности соединения, что, в свою очередь, может нарушить регламентированный режим работы устройства. Эксплуатацию устройства осуществляют, в том числе, в агрессивной среде при высоких температурах и давлениях, что не позволяет применять для повышения герметичности уплотнительные прокладки, вследствие их быстрого разрушения. Добываемая среда проходит по системе каналов на больших скоростях и может обладать высокой температурой, что способствует быстрому износу устройства. Так как контроль состояния устройства переменной сопротивляемости потоку во время его эксплуатации невозможен, поскольку устройство находится в скважине, возникает необходимость точного прогнозирования скорости и характера износа устройства для гарантирования его штатной работы на протяжении всего эксплуатационного периода. Наличие стыка и, как следствие, увеличение площади контакта поверхности устройства с агрессивной средой, дополнительно увеличивает скорость эрозионного износа устройства, и значительно усложняет задачу прогнозирования скорости и характера износа. Наличие неровностей и зазоров в стыке между соединенными элементами устройства может влиять на траекторию потока текучей смеси, существенно отклонив ее от расчетной, что, в свою очередь, приводит к снижению эффективности работы устройства. The presence of a joint between the parts of a known device allows the lack of tightness of the connection, which, in turn, may violate the regulated mode of operation of the device. The operation of the device is carried out, among other things, in an aggressive environment at high temperatures and pressures, which does not allow the use of sealing gaskets to increase the tightness, due to their rapid destruction. The produced fluid travels through the channel system at high speeds and can be at high temperatures, which contributes to the rapid wear of the device. Since it is not possible to monitor the state of the device with variable flow resistance during its operation, since the device is in the well, it becomes necessary to accurately predict the rate and nature of wear of the device to ensure its normal operation throughout the entire operational period. The presence of a joint and, as a result, an increase in the contact area of the device surface with an aggressive environment further increases the rate of erosive wear of the device, and greatly complicates the task of predicting the rate and nature of wear. The presence of irregularities and gaps in the joint between the connected elements of the device can affect the trajectory of the flow of the fluid mixture, significantly deviating it from the calculated one, which, in turn, leads to a decrease in the efficiency of the device.

Задачей заявляемого технического решения является повышение надежности устройства переменной сопротивляемости потоку. The objective of the proposed technical solution is to improve the reliability of the device variable flow resistance.

Поставленная задача решена за счет устройства переменной сопротивляемости потоку, выполненного в виде цельной монолитной детали из металла, содержащего сформированные селективным лазерным плавлением: входные камеры, соединённые с проточной камерой каналом с тангенциальным направлением потока, перегородки, поддерживающие круговое движение поступающей смеси, отверстия в перегородках с возможностью разделения общего потока на потоки с разной протяженностью и траекторией разных по вязкости жидкостей, и выходное отверстие.The problem was solved by means of a device with variable flow resistance, made in the form of a solid monolithic part made of metal containing the following formed by selective laser melting: inlet chambers connected to the flow chamber by a channel with a tangential flow direction, baffles supporting the circular movement of the incoming mixture, holes in the baffles with the possibility of dividing the total flow into flows with different lengths and trajectories of liquids of different viscosities, and an outlet.

Суть технического решения иллюстрирована чертежами, где на фиг.1 – разрез устройства переменной сопротивляемости потоку, на фиг.2 - устройство переменной сопротивляемости потоку.The essence of the technical solution is illustrated by drawings, where figure 1 is a section of the device with variable flow resistance, figure 2 - device with variable flow resistance.

На фиг. 1, фиг. 2 изображены: устройство 1 переменной сопротивляемости потоку, система 2 внутренних каналов, входная камера 3, сливное отверстие 4, проточная камера 5, канал 6, перегородки 7, отверстия 8.In FIG. 1, fig. 2 shows: device 1 with variable flow resistance, system of 2 internal channels, inlet chamber 3, drain hole 4, flow chamber 5, channel 6, baffles 7, holes 8.

Устройство переменной сопротивляемости потоку выполнено следующим образом. The device variable flow resistance is made as follows.

Устройство 1 переменной сопротивляемости потоку выполнено из металла, например из жаропрочного никелевого сплава, используемого в порошковой металлургии, и соответствующего ГОСТу Р 52802-2007. В частности, устройство 1 может быть выполнено из сплава ВВ751П или из ХН56КВМТЮБ. Устройство 1 выполнено в форме цельной монолитной детали. Устройство 1 содержит входные камеры 3 и выходное отверстие 4. Устройство 1 содержит проточную камеру 5. Проточная камера 5 выполнена преимущественно цилиндрической формы. Канал 6, соединяющий входную камеру 3 и проточную камеру 5 выполнен таким образом, что поток текучей смеси направляется в камеру 5 преимущественно тангенциально. Проточная камера 5 содержит перегородки 7, выполненные формой, поддерживающей круговое движение поступающей смеси. В перегородках 7 выполнены отверстия 8. Отверстия 8 предназначены для разделения общего входящего потока на несколько потоков с траекториями, обладающими различной протяженностью. Устройство 1 переменной сопротивляемости потоку изготовлено из жаропрочного металлического сплава методом селективного лазерного плавления. Устройство 1 изготавливается послойно, путем сплавления гранул мелкодисперсного металлического порошка под воздействием энергии луча лазера, перемещающегося в соответствии с разработанной программой. Данный метод позволяет изготавливать монолитные детали с произвольной формой их внутренних пустот. Использование метода селективного лазерного плавления позволяет формировать систему 2 внутренних каналов с точностью, достаточной для достижения соответствия фактической и расчетной траекторий движения потока текучей смеси. Энергия лазерного луча нагревает металлические частицы до критической температуры, обеспечивающей фазовый переход. В результате фазовых переходов из твердого в жидкое состояние и обратно, соседние гранулы металлического порошка сплавляются друг с другом и с предыдущим слоем. При этом происходит упрочнение сплавляемого металла вследствие его термической обработки. Таким образом, весь металл, из которого изготавливают устройство 1, является термически обработанным в массе, что повышает износостойкость устройства 1. Изготовление устройства 1 из жаропрочного металлического сплава позволяет эксплуатировать его в условиях высоких температур, например в нагнетательных скважинах, при обработке их паром.Device 1 variable flow resistance is made of metal, such as heat-resistant nickel alloy used in powder metallurgy, and corresponding to GOST R 52802-2007. In particular, device 1 can be made of VV751P alloy or KhN56KVMTYUB. The device 1 is made in the form of a solid monolithic part. The device 1 comprises inlet chambers 3 and an outlet 4. The device 1 comprises a flow chamber 5. The flow chamber 5 is predominantly cylindrical. The channel 6 connecting the inlet chamber 3 and the flow chamber 5 is made in such a way that the flow of the fluid mixture is directed into the chamber 5 predominantly tangentially. The flow chamber 5 contains partitions 7, made in a shape that supports the circular movement of the incoming mixture. Holes 8 are made in partitions 7. Holes 8 are designed to separate the total incoming flow into several flows with trajectories having different lengths. The device 1 of variable resistance to flow is made of a heat-resistant metal alloy by selective laser melting. Device 1 is made in layers by fusing granules of fine metal powder under the influence of the energy of a laser beam moving in accordance with the developed program. This method makes it possible to produce monolithic parts with an arbitrary shape of their internal voids. The use of the method of selective laser melting makes it possible to form a system of 2 internal channels with an accuracy sufficient to achieve compliance with the actual and calculated trajectories of the fluid mixture flow. The energy of the laser beam heats the metal particles to a critical temperature that ensures the phase transition. As a result of phase transitions from solid to liquid state and vice versa, adjacent metal powder granules fuse with each other and with the previous layer. In this case, the alloyed metal is strengthened due to its heat treatment. Thus, all the metal from which the device 1 is made is thermally processed in bulk, which increases the wear resistance of the device 1. The manufacture of the device 1 from a heat-resistant metal alloy allows it to be operated at high temperatures, for example, in injection wells, when treated with steam.

Устройство переменной сопротивляемости потоку используют следующим образом.The variable flow resistance device is used as follows.

Устройство 1 переменной сопротивляемости потоку работает, как правило, в составе массива устройств, установленных на внешней поверхности добывающей колонны. При создании перепада давления пластовый флюид начинает поступать во входные камеры 3 устройства 1. Затем через канал 6 текучая смесь поступает в проточную камеру 5. Основной поток смеси поступает в камеру 5 по касательной к ее стенке траектории, создавая, таким образом, круговое движение жидкости вокруг сливного отверстия 4. В результате текучая смесь будет двигаться в камере 5 по спирали, пока в итоге не выйдет через сливное отверстие 4. Таким образом, поток будет испытывать меньшее сопротивление в том случае, когда текучая смесь проходит к сливному отверстию 4 более коротким путем, и наоборот, поток будет испытывать большее сопротивление в том случае, когда текучая смесь проходит к сливному отверстию 4 менее коротким путем. Конструкции 7 вынуждают любую часть потока текучей смеси, проходящую в проточной камере 5 по кругу продолжать такое круговое движение по камере 5, но, по меньшей мере, одно из отверстий 8 дает возможность более короткого прохождения текучей смеси от выхода из канала 6 в сливное отверстие 4. В соответствии с законом Бернулли, менее вязкая жидкость, например вода, проделает значительно более длинный путь, по сравнению с более вязкой жидкостью, например нефтью. Следовательно, менее вязкая жидкость потратит большее количество энергии на преодоление сопротивления и, как следствие, в меньшем объеме поступит в добывающую колонну. Таким образом, устройство 1 осуществляет переменную сопротивляемость потоку, в зависимости от степени вязкости забираемого пластового флюида. The device 1 of variable flow resistance operates, as a rule, as part of an array of devices installed on the outer surface of the production string. When a pressure drop is created, the formation fluid begins to flow into the inlet chambers 3 of the device 1. Then, through the channel 6, the fluid mixture enters the flow chamber 5. The main flow of the mixture enters the chamber 5 tangentially to its trajectory wall, thus creating a circular motion of the fluid around drain hole 4. As a result, the fluid mixture will move in the chamber 5 in a spiral until it eventually exits through the drain hole 4. Thus, the flow will experience less resistance when the fluid mixture passes to the drain hole 4 in a shorter way, conversely, the flow will experience more resistance when the fluid mixture passes to the drain hole 4 in a shorter way. Structures 7 force any part of the flow of the fluid mixture passing in the flow chamber 5 in a circle to continue such a circular motion through the chamber 5, but at least one of the holes 8 allows a shorter passage of the fluid mixture from the exit from the channel 6 to the drain hole 4 • According to Bernoulli's law, a less viscous liquid, such as water, travels a much longer distance than a more viscous liquid, such as oil. Consequently, a less viscous liquid will spend more energy to overcome resistance and, as a result, will enter the production string in a smaller volume. Thus, the device 1 provides a variable resistance to flow, depending on the degree of viscosity of the withdrawn formation fluid.

Выполнение устройства 1 в форме цельной монолитной детали, за счет отсутствия стыков, обеспечивает его высокую герметичность и позволяет избежать ошибок, возможных при проведении сборочных операций. Высокая точность изготовления, обусловленная использованием метода селективного лазерного плавления, в совокупности с отсутствием стыка, позволяет выполнить устройство 1 с геометрическими характеристиками, обеспечивающими соответствие фактической и расчетной траекторий движения потока текучей смеси. Изготовление устройства 1 методом селективного лазерного плавления позволяет получить изделие, полностью выполненное из термически обработанного металла, что значительно увеличивает его износостойкость. Отсутствие стыка уменьшает площадь воздействия агрессивной окружающей среды на поверхность устройства, что уменьшает его эрозионный износ и, как следствие, повышает его надежность.The execution of the device 1 in the form of a solid monolithic part, due to the absence of joints, ensures its high tightness and avoids errors that are possible during assembly operations. High manufacturing accuracy, due to the use of the selective laser melting method, in combination with the absence of a joint, allows the device 1 to be made with geometric characteristics that ensure that the actual and calculated trajectories of the fluid mixture flow flow. The manufacture of device 1 by selective laser melting makes it possible to obtain a product made entirely of heat-treated metal, which significantly increases its wear resistance. The absence of a joint reduces the area of impact of an aggressive environment on the surface of the device, which reduces its erosive wear and, as a result, increases its reliability.

Техническим результатом заявленного технического решения является повышение надежности устройства переменной сопротивляемости потоку путём обеспечения соответствия фактической и расчетной траектории потоков, за счет точности выполнения системы внутренних каналов, повышения герметичности и износостойкости устройства, выполненного селективным лазерным плавлением в виде цельной монолитной детали из металла.The technical result of the claimed technical solution is to increase the reliability of the device with variable flow resistance by ensuring that the actual and calculated flow trajectories match, due to the accuracy of the system of internal channels, increase the tightness and wear resistance of the device, made by selective laser melting in the form of a solid monolithic metal part.

Claims

A device of variable flow resistance, made of a solid monolithic metal part, containing formed by selective laser melting: inlet chambers connected to the flow chamber by a channel with a tangential flow direction, baffles that support the circular movement of the incoming mixture, holes in the baffles with the possibility of dividing the total flow into flows with different lengths and trajectories of liquids of different viscosities, and an outlet.