RU2798005C1

RU2798005C1 - Well fluid inflow control device

Info

Publication number: RU2798005C1
Application number: RU2022132204A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Анатольевич Прокофьев; Рустэм Адипович Исмаков; Александр Петрович Чижов; Ренат Рустамович Газизов
Filing date: 2022-12-08
Publication date: 2023-06-13

Abstract

FIELD: hydrocarbon production.

SUBSTANCE: invention can be applied to the operation of wells, in particular to equalize the fluid inflow profile along the length of a horizontal well. The fluid inflow control device in the well includes a body containing a main and a secondary channel with flow restrictors, throttle packages, an actuator containing a piston and a shutter, a pressure sensor, and an electromagnetic valve. The device is a prefabricated structure, in the form of a main part with seats for flow restrictors, throttle packages, an actuator assembly, a pressure sensor, an electromagnetic valve and two plugs to ensure that the structure is closed at the ends. Throttle packs containing washers for pressure drop control are made as prefabricated structures, consisting of a body with an external thread at one end for installation in the body of an inflow control device and an internal thread for a threaded nut at the other end. The actuator includes a damper following the profile of the main channel and having a threaded hole for the piston rod and a piston with an internal hole for the rod on one side, and turnkey recesses for assembling the actuator and a rod serving as a guide for the spring on the other side. The threaded bushing limits the damper stroke and is made with a hole for the piston rod and turnkey recesses for assembling the actuator.

EFFECT: limiting the flow of unwanted liquid or gas through the control device and the ability to adjust the pressure drop in the channel network from the wellhead.

1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области добычи углеводородов и может быть применено для эксплуатации скважин, в частности для выравнивания профиля притока флюида по длине горизонтальной скважины.The invention relates to the field of hydrocarbon production and can be applied to the operation of wells, in particular to equalize the fluid inflow profile along the length of a horizontal well.

Известно устройство управления потоком текучей среды, по патенту US 20170234106 А1. Устройство содержит корпус, выполненный в качестве впускного отверстия для жидкости из резервуара в эксплуатационную трубу в подземной нефтяной скважине, причем корпус содержит канал первичного потока для первичной текучей среды и впускного отверстия для приема текучих сред из резервуара и выпускного отверстия для выпуска текучих сред в эксплуатационную трубу, второй канал потока, расположенный в корпусе, и клапанный механизм между входным отверстием и выходным. Во вторичном канале имеются ограничители потока, первый представляет собой пористый элемент, в второй является отверстием. При прохождении текучей среды через пористый элемент текучая среда испытывает падение давления в соответствии с законом Дарси, пропорциональное вязкости текучей среды. При прохождении через ограничитель потока в виде отверстия, текучая среда испытывает падение давления, которое пропорционально плотности, коэффициенту диафрагмы и квадрату скорости жидкости. Следовательно, давление между пористым элементом и отверстием изменится, если изменятся свойства (вязкость или плотность) текучей среды. Эта разница между значениями давлений используется для выполнения работы, например, приведения в действие привода, который в свою очередь, может перемещать поршень, корпус и/или клапан.A fluid flow control device is known, according to US patent 20170234106 A1. The device comprises a housing configured as an inlet for fluid from a reservoir into a production pipe in an underground oil well, the housing comprising a primary flow channel for the primary fluid and an inlet for receiving fluids from the reservoir and an outlet for discharging fluids into the production pipe , a second flow channel located in the housing, and a valve mechanism between the inlet and outlet. There are flow restrictors in the secondary channel, the first is a porous element, the second is a hole. As the fluid passes through the porous element, the fluid experiences a pressure drop in accordance with Darcy's law, which is proportional to the viscosity of the fluid. When passing through an orifice flow restrictor, the fluid experiences a pressure drop that is proportional to the density, aperture ratio, and square of the fluid velocity. Therefore, the pressure between the porous element and the orifice will change if the properties (viscosity or density) of the fluid change. This pressure difference is used to perform work, such as actuating an actuator, which in turn can move a piston, housing, and/or valve.

Недостатком данного устройства является то, что устройство является автономным, т.е. не имеет возможности регулирования положения исполнительного механизма с устья скважины, кроме того, применение пористого элемента для ограничения потока, который может засориться.The disadvantage of this device is that the device is autonomous, i. does not have the ability to adjust the position of the actuator from the wellhead, in addition, the use of a porous element to restrict the flow, which can become clogged.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является электрогидравлический клапан контроля притока по патенту РФ на полезную модель №181704. Полезная модель относится к области добычи углеводородов и может быть применена для эксплуатации скважин, в частности для выравнивания профиля притока флюида по длине горизонтальной скважины. Задачей полезной модели является создание нового устройства - электрогидравлического клапана контроля притока с достижением следующего технического результата: обеспечение протекания жидкости из производственного пласта в несущую трубу с возможностью ограничения протекания через клапан нежелаемой жидкости или газа и возможности регулировки перепада давления в сети каналов с устья скважины.The closest in technical essence and the achieved result is an electro-hydraulic inflow control valve according to the RF patent for utility model No. 181704. The utility model relates to the field of hydrocarbon production and can be applied to the operation of wells, in particular, to equalize the fluid inflow profile along the length of a horizontal well. The objective of the utility model is to create a new device - an electro-hydraulic inflow control valve with the achievement of the following technical result: ensuring the flow of fluid from the production formation into the carrier pipe with the possibility of restricting the flow of unwanted liquid or gas through the valve and the possibility of adjusting the pressure drop in the channel network from the wellhead.

Электрогидравлический клапан контроля притока включает корпус, содержащий основной канал с исполнительным механизмом, перекрывающим канал, и вторичный канал с ограничителями потока, для создания требуемого перепада давления. Исполнительный механизм приводится в действие поршнем, положение которого определяется с помощью датчика перемещения; во вторичном канале выполнена сеть из ограничителей потока, выполненная в виде дроссельных пакетов и жиклеров; установлен датчик перепада давления, при этом вторичный канал ограничен заслонкой и электромагнитным клапаном, приводимым в действие с поверхности скважины.The electro-hydraulic inflow control valve includes a body containing a main channel with an actuator blocking the channel, and a secondary channel with flow restrictors to create the required pressure drop. The actuator is driven by a piston whose position is determined by a displacement sensor; in the secondary channel, a network of flow restrictors is made in the form of throttle packages and jets; a differential pressure sensor is installed, while the secondary channel is limited by a damper and a solenoid valve actuated from the surface of the well.

Недостатком указанного технического решения является трудная на практике реализуемость области определения характера протекающего пластового флюида, а именно: неоптимальность конструкции основного корпуса клапана (исполнение в виде цельной конструкции, ведущее к затрудненному выполнению каналов и посадочных мест под дроссельные пакеты, жиклеры, датчик давления и электромагнитный клапан), дроссельных пакетов (ведущая к сложности расположения и установки внутри корпуса клапана, а также к затрудненной настройке падения давления ввиду исполнения дроссельных пакетов в виде полых цилиндров с расположенными по длине пластинами с отверстиями) и исполнительного механизма (ненадежность крепления поршня в корпусе клапана и неоптимальный процесс сборки-разборки деталей поршня).The disadvantage of this technical solution is the difficult implementation in practice of the area for determining the nature of the flowing reservoir fluid, namely: the non-optimal design of the main valve body (execution in the form of a one-piece structure, leading to difficult execution of channels and seats for throttle packages, jets, pressure sensor and solenoid valve ), throttle packages (leading to the complexity of the location and installation inside the valve body, as well as to the difficult adjustment of the pressure drop due to the execution of the throttle packages in the form of hollow cylinders with plates located along the length with holes) and the actuator (unreliable fastening of the piston in the valve body and suboptimal the process of assembling and disassembling piston parts).

При осуществлении изобретения обеспечивается решение следующих техническим проблем: неоптимальность конструкции основного корпуса клапана, дроссельных пакетов и исполнительного механизма; выбор оптимального метода сборки клапана и основных узлов, позволяющего при необходимости быстрый процесс сборки-разборки клапана и регулирования падения давления в дроссельных пакетах с достижением следующего технического результата: обеспечение протекания жидкости с возможностью ограничения протекания через клапан нежелаемой жидкости или газа и возможности регулировки перепада давления в сети каналов с устья скважины.When implementing the invention, the following technical problems are solved: non-optimal design of the main valve body, throttle packages and actuator; selection of the optimal method for assembling the valve and the main components, allowing, if necessary, a quick process of assembling and disassembling the valve and regulating the pressure drop in the throttle packages with the achievement of the following technical result: ensuring the flow of liquid with the ability to limit the flow of unwanted liquid or gas through the valve and the ability to adjust the pressure drop in network of channels from the wellhead.

Указанный технический результат достигается тем, что корпус устройства контроля притока выполняется в виде основной детали и двух пробок, отличающийся тем, что является сборной конструкцией, позволяющей: выполнение основного и вторичного каналов, посадочных мест под ограничители потока, дроссельные пакеты, узел исполнительного механизма, датчик давления и электромагнитный клапан; простоту установки перечисленных элементов; обеспечения замкнутости конструкции на торцах путем установки пробок на этапе окончательной сборки. Дроссельные пакеты выполняются в виде сборной конструкции, состоящей из корпуса с наружной резьбой на одном конце для установки в корпусе устройства контроля притока и внутренней резьбой под резьбовую гайку на другом конце, ограничивающую расположение серий дроссельных шайб и вставок между ними. Количество шайб в пакете для регулирования перепада давления может варьироваться от одной до семи путем использования набора вставок разной длины с целью компенсирования расстояния между желаемым количеством дроссельных шайб и резьбовой гайкой. Исполнительный механизм выполняется в виде цилиндрической заслонки со скругленным концом, повторяющим профиль основного канала для лучшего перекрытия, имеющей резьбовое отверстие под шток поршня; штока поршня, выполненного в виде стержня с наружными резьбами для соединения с заслонкой и поршнем; резьбовой втулки, ограничивающей ход заслонки, с наружной резьбой по всей длине, отверстием под шток поршня и четырьмя выборками под ключ для сборки исполнительного механизма; поршнем с внутренним отверстием под шток с одной стороны, и четырьмя выборками под ключ для сборки исполнительного механизма и стержнем, служащим в качестве направляющей для пружины с другой; пружины, располагающейся между поршнем и крестовиной исполнительного механизма; крестовиной, ограничивающей движение пружины, но не препятствующей прохождению потока жидкости к поршню, которая устанавливается в специально выполненном месте над областью расположения поршня; гайкой с наружной резьбой и внутренним отверстием, поджимающей крестовину, но не препятствующей прохождению потока.The specified technical result is achieved by the fact that the body of the inflow control device is made in the form of a main part and two plugs, characterized in that it is a prefabricated structure that allows: making the main and secondary channels, seats for flow restrictors, throttle packages, an actuator assembly, a sensor pressure and solenoid valve; ease of installation of the listed elements; Ensuring the structure is closed at the ends by installing plugs at the final assembly stage. Throttle packages are made in the form of a prefabricated structure, consisting of a body with an external thread at one end for installation in the body of the inflow control device and an internal thread for a threaded nut at the other end, which limits the location of a series of throttle washers and inserts between them. The number of washers in the differential pressure package can be varied from one to seven by using a set of inserts of different lengths to compensate for the distance between the desired number of orifice washers and the threaded nut. The actuator is made in the form of a cylindrical damper with a rounded end, repeating the profile of the main channel for better overlap, having a threaded hole for the piston rod; a piston rod made in the form of a rod with external threads for connection with the damper and the piston; a threaded sleeve that limits the stroke of the damper, with an external thread along the entire length, a hole for the piston rod and four turnkey selections for assembling the actuator; a piston with an internal hole for the rod on one side, and four turnkey selections for assembling the actuator and a rod serving as a guide for the spring on the other; a spring located between the piston and the crosspiece of the actuator; a cross, which limits the movement of the spring, but does not prevent the flow of fluid to the piston, which is installed in a specially made place above the piston location area; a nut with an external thread and an internal hole that presses the cross, but does not interfere with the flow.

На фиг.1 представлено сечение устройства контроля притока в окончательной сборке, на фиг.2 представлен вид сверху с местами крепления верхней пробки к корпусу с использованием винтов с цилиндрической головкой и внутренним шестигранником для сборки и установочными винтом для разборки клапана, на фиг.3 представлено сечение, проходящее через оси винтов, на фиг.4 представлено сечение через посадочное место под датчик давления и ось узла исполнительного механизма, на фиг.5 представлен вид снизу с местами крепления нижней пробки к корпусу, на фиг.6 представлен дроссельный пакет.Figure 1 is a cross-sectional view of the final assembly of the inflow control device, Figure 2 is a top view showing the attachment points of the top plug to the body using socket head cap screws for assembly and setscrews for valve disassembly, Figure 3 shows the section passing through the axis of the screws, figure 4 shows a section through the seat for the pressure sensor and the axis of the actuator assembly, figure 5 shows a bottom view with the attachment points of the bottom plug to the housing, figure 6 shows the throttle package.

Корпус устройства контроля притока выполняется в виде основной детали 1 с выполненными основным и вторичным каналами, посадочными местами под ограничители потока 2, 3 и 4, дроссельные пакеты 5, детали узла исполнительного механизма: заслонки 6, штока поршня 7, резьбовой втулки 8, поршня 9, пружины 10, крестовины 11 и гайки 12, датчик давления 13 и электромагнитный клапан 14. Порядок сборки узла исполнительного механизма выглядит следующим образом: через центральное отверстие верхнего торца корпуса опускается заслонка 6 исполнительного механизма с заранее ввернутым в нее штоком поршня 7; с помощью специального ключа для сборки исполнительного механизма, выполненного в виде трубки с четырьмя продольными разрезами, заворачивается резьбовая втулка 8, пропущенная через центральное отверстие на шток поршня; с помощью ключа для сборки заворачивается поршень 9 на шток; на направляющую поршня устанавливается пружина 10; на посадочное место над областью поршня устанавливается крестовина 11; заворачивается гайка 12, поджимающая крестовину.The body of the inflow control device is made in the form of the main part 1 with the main and secondary channels made, seats for flow restrictors 2, 3 and 4, throttle packages 5, details of the actuator assembly: damper 6, piston rod 7, threaded bushing 8, piston 9 , springs 10, crosspieces 11 and nuts 12, pressure sensor 13 and solenoid valve 14. The assembly procedure for the assembly of the actuator is as follows: through the central hole of the upper end of the body, the damper 6 of the actuator is lowered with the piston rod 7 pre-screwed into it; using a special key for assembling the actuator, made in the form of a tube with four longitudinal cuts, the threaded sleeve 8 is screwed, passed through the central hole onto the piston rod; using the assembly key, the piston 9 is screwed onto the rod; spring 10 is installed on the piston guide; a crosspiece 11 is installed on the seat above the piston area; the nut 12 is tightened, pressing the crosspiece.

Дроссельные пакеты 5 выполняются в виде сборной конструкции, состоящей из корпуса 15 с наружной резьбой на одном конце для установки в корпусе 1 и внутренней резьбой под резьбовую гайку 16 на другом конце, ограничивающую расположение серий дроссельных шайб 17 и вставок 18 между ними.Throttle packages 5 are made in the form of a prefabricated structure, consisting of a housing 15 with an external thread at one end for installation in housing 1 and an internal thread for a threaded nut 16 at the other end, limiting the location of the series of throttle washers 17 and inserts 18 between them.

На этапе окончательной сборки замкнутость конструкции на торцах обеспечивается путем посадки пробок 19 и 20 в корпус 1 в натяг и установки винтов с внутренним шестигранником 21 и установочных винтов 22. В последнюю очередь в выполненное в верхней пробке посадочное место устанавливается электромагнитный клапан 14.At the stage of final assembly, the closedness of the structure at the ends is ensured by fitting plugs 19 and 20 into housing 1 in an interference fit and installing screws with an internal hexagon 21 and set screws 22. Lastly, an electromagnetic valve 14 is installed in the seat made in the upper plug.

Устройство контроля притока работает следующим образом. Устройство контроля притока в составе других устройств, между которыми установлены разбухающие пакера на колонне обсадных труб, спускают в скважину таким образом, чтобы пакера разделили ствол скважины на участки, отличающиеся различным притоком нефти. После временной выдержки пакера увеличиваются в объеме и перекрывают выбранные интервалы. Поток жидкости проходит через основной канал, попадая из продуктивного пласта в эксплуатационную трубу. Во вторичном канале при прохождении жидкости через дроссельные пакеты 5, происходит падение давления, которое зависит от плотности жидкости и температуры. Принципиальная схема дроссельного пакета представлена на фиг.2, падение давления можно настраивать, подбирая количество пластин 15. Получается, давление в канале между дроссельными пакетами изменится, если изменятся свойства протекающей среды, при протекании более вязкой жидкости, такой как нефть, электромагнитный клапан 14 находится в открытом состоянии, при течении жидкости с более низкой вязкостью, такой как газ или вода, давление увеличивается, данное изменение фиксируется датчиком давления 13. В зависимости от данного перепада изменяется положение заслонки исполнительного механизма 6. Изменять положение заслонки позволяет электромагнитный клапан 14, приводимый в действие автоматической системой регулирования с устья скважины. В случае факта изменения текучей жидкости, зафиксированного датчиком давления 13, электромагнитный клапан 14 закрывается или открывается. При закрытии давление над поршнем 9 возрастает, тем самым перемещая заслонку 6 вниз и перекрывая основной канал.The inflow control device works as follows. The inflow control device, as part of other devices, between which swellable packers are installed on a casing string, is lowered into the well so that the packers divide the wellbore into sections that differ in different oil inflows. After a time delay, the packers increase in volume and cover the selected intervals. The fluid flow passes through the main channel, getting from the reservoir into the production pipe. In the secondary channel, when the liquid passes through the throttle packages 5, a pressure drop occurs, which depends on the density of the liquid and temperature. Schematic diagram of the throttle package is shown in figure 2, the pressure drop can be adjusted by selecting the number of plates 15. It turns out that the pressure in the channel between the throttle packages will change if the properties of the flowing medium change, when a more viscous liquid such as oil flows, the solenoid valve 14 is in the open state, with the flow of a liquid with a lower viscosity, such as gas or water, the pressure increases, this change is recorded by the pressure sensor 13. Depending on this difference, the position of the damper of the actuator 6 changes. The solenoid valve 14, driven in operation of an automatic control system from the wellhead. In the event of a change in fluid fluid detected by the pressure sensor 13, the solenoid valve 14 closes or opens. When closing, the pressure above the piston 9 increases, thereby moving the damper 6 down and blocking the main channel.

Claims

A device for controlling fluid inflow in a well, including a housing containing a main and secondary channel with flow restrictors, throttle packages, an actuator containing a piston and a shutter, a pressure sensor, an electromagnetic valve, characterized in that it is a prefabricated structure, in the form of a main part with seats for flow restrictors, throttle packages, an actuator assembly, a pressure sensor, an electromagnetic valve and two plugs to ensure the structure is closed at the ends; Throttle packs containing washers for pressure drop control are prefabricated structures consisting of a body with an external thread at one end for installation in the body of an inflow control device and an internal thread for a threaded nut at the other end, which limits the location of a series of throttle washers and inserts between them by using a set of inserts of different lengths to compensate for the distance between the desired number of throttle washers and the threaded nut; an actuator in a prefabricated structure, including a damper repeating the profile of the main channel and having a threaded hole for the piston rod and a piston with an internal hole for the rod on one side, and turnkey selections for assembling the actuator and a rod serving as a guide for the spring with another; piston rod in the form of a rod with external threads for connection with the damper and piston; a threaded sleeve that limits the stroke of the damper, with a hole for the piston rod and turnkey selections for assembling the actuator; spring; a cross, which limits the movement of the spring, but does not prevent the flow of fluid to the piston; a nut with an external thread and an internal hole that presses the cross, but does not interfere with the flow.