RU213824U1

RU213824U1 - VARIABLE FLOW RESISTANCE DEVICE

Info

Publication number: RU213824U1
Application number: RU2022115056U
Authority: RU
Inventors: Богдан Николаевич Власов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ КОМПАНИЯ "ФИЛЬТР"
Filing date: 2022-06-03
Publication date: 2022-09-29

Abstract

Устройство относится к нефтяной промышленности, в частности к оборудованию для эксплуатации нефтяной или газовой скважины, и может быть использовано для выравнивания притока пластового флюида вдоль ствола скважины, а также обеспечения переменной сопротивляемости потоку различных желательных и нежелательных текучих сред в составе текучей композиции. Техническим результатом заявленного технического решения является повышение надежности устройства переменной сопротивляемости потоку путем обеспечения соответствия фактической и расчетной траектории потоков, за счет точности выполнения системы внутренних каналов и повышения износостойкости устройства, выполненного из металла методом селективного лазерного плавления.

The device 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 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 and increase the wear resistance of the device made of metal by selective laser melting.

Description

Устройство относится к нефтяной промышленности, в частности к оборудованию для эксплуатации нефтяной или газовой скважины, и может быть использовано 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 device 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 apparatus described in the above patent comprises a flow chamber through which a fluid composition passes, having an inlet and an outlet, and at least one structure thereby acting on any part of the fluid composition passing in a curved path between the inlet and outlet to maintain such a curved flow. , wherein said structure has at least one opening allowing the fluid composition to pass in a straight path from inlet to outlet.

Наиболее близким по технической сути является 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.The closest in technical essence is the device of variable flow resistance, 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 "dated 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 said chamber, the outlet through which this fluid mixture exits the chamber, and at least one structure that prevents the circular motion of the fluid mixture at the outlet from changing to radial movement towards the outlet.

Эксплуатацию известного устройства осуществляют, в том числе, в агрессивной среде при высоких температурах и давлениях, что подвергает устройство активному эрозионному воздействию. 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, ввиду нахождения устройства в скважине, возникает необходимость точного прогнозирования скорости и характера износа устройства для гарантирования его штатной работы на протяжении всего эксплуатационного периода. Известное устройство выполнено из металла. Для повышения эрозионной стойкости, поверхности известного устройства могут быть подвергнуты термической обработке, с целью повышения их прочности. Упрочнение поверхностей устройства замедляет эрозионный процесс, однако, не отменяет его. Таким образом, при достаточно продолжительном сроке эксплуатации, упрочненный слой будет разрушен. После того как, термически необработанный металл начнет контактировать с агрессивной окружающей средой, скорость эрозионного разрушения устройства значительно увеличится, что приведет к его скорому выходу из строя. В результате износа происходит изменение геометрических характеристик системы каналов. Изменение формы каналов оказывает влияние на траекторию потока текучей смеси, отклоняя ее от расчетной, что, в свою очередь, приводит к снижению эффективности работы устройства.The operation of the known device is carried out, including in an aggressive environment at high temperatures and pressures, which exposes the device to active erosive action. 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 impossible to control the state of the variable flow resistance device during its operation, due to the location of the device in the well, it becomes necessary to accurately predict the rate and nature of the wear of the device to ensure its normal operation throughout the entire operational period. The known device is made of metal. To improve erosion resistance, the surfaces of known devices can be subjected to heat treatment in order to increase their strength. Hardening of the surfaces of the device slows down the erosion process, however, does not cancel it. Thus, with a sufficiently long service life, the hardened layer will be destroyed. After the thermally untreated metal begins to contact with an aggressive environment, the rate of erosion destruction of the device will increase significantly, which will lead to its early failure. As a result of wear, the geometric characteristics of the channel system change. A change in the shape of the channels affects the flow path of the fluid mixture, 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 из металла и содержащего сформированные селективным лазерным плавлением: входные камеры, соединенные с проточной камерой каналом с тангенциальным направлением потока, перегородки, поддерживающие круговое движение поступающей текучей смеси, отверстия в перегородках, выполненные с возможностью разделения общего потока на потоки с обладающими различной протяженностью траекторий различных по вязкости жидкостей, и сливное отверстие.The problem was solved by means of a device of variable flow resistance, made of metal and 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 motion of the incoming fluid mixture, holes in the baffles, made with the possibility of separating of the total flow into flows with different lengths of trajectories of liquids of different viscosities, and a drain hole.

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 может быть выполнено состоящим как из нескольких частей, так и в форме цельной монолитной детали. 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 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 и надежность устройства 1. Изготовление устройства 1 из жаропрочного металлического сплава позволяет эксплуатировать его в условиях высоких температур, например в нагнетательных скважинах, при обработке их паром.The device 1 of variable resistance to flow can be made consisting of several parts, and in the form of a solid monolithic part. 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. 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 device 1 is made is heat-treated in bulk, which increases the wear resistance and reliability of device 1. Manufacture of 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 1 содержит входные камеры 3 и сливное 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. The device 1 comprises inlet chambers 3 and a drain hole 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.

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 более длинным 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 longer 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.

Высокая точность изготовления, обусловленная использованием метода селективного лазерного плавления, 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, а, следовательно, и надежность. Однородность материала позволяет с высокой точностью прогнозировать характер и скорость износа устройства 1 для гарантирования его штатной работы на протяжении всего эксплуатационного периода. High manufacturing accuracy, due to the use of the method of selective laser melting, allows you to make the device 1 with geometric characteristics that ensure compliance with the actual and calculated trajectories of the flow of the fluid mixture. 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 and, consequently, reliability. The homogeneity of the material makes it possible to predict with high accuracy the nature and rate of wear of the device 1 to guarantee its regular operation throughout the entire operational period.

Техническим результатом заявленного технического решения является повышение надежности устройства переменной сопротивляемости потоку путем обеспечения соответствия фактической и расчетной траектории потоков, за счет точности выполнения системы внутренних каналов и повышения износостойкости устройства, выполненного из металла методом селективного лазерного плавления.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 and increase the wear resistance of the device made of metal by selective laser melting.

Claims

A device of variable flow resistance made of metal, 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 fluid mixture, holes in the baffles, made with the possibility of dividing the total flow into flows with having different lengths of trajectories of liquids of various viscosities, and a drain hole.