RU32191U1 - Устройство для регулирования отбора жидкости в процессе эксплуатации скважины - Google Patents

Abstract

1. Устройство для регулирования отбора жидкости в процессе эксплуатации скважины, содержащее эксплуатационную колонну с участком перфорации, колонну насосно-компрессорных труб, на которой размещен регулирующий узел, состоящий из корпуса с осевыми входным и выходным патрубками и радиальными входными окнами, в котором установлены управляющий и гидравлический исполнительный клапаны с сервомеханизмами, приемными и выпускными патрубками, пакер и систему управления, отличающееся тем, что оно содержит насос, установленные по длине колонны НКТ дополнительные регулирующие узлы, число которых соответствует числу продуктивных пластов скважины, и дополнительные пакеры, разобщающие пласты между собой, причем управляющий и гидравлический исполнительный клапаны установлены в корпусе с зазором для обеспечения гидравлической связи между регулирующими узлами и насосом, приемные патрубки каждого гидравлического исполнительного клапана, число которых соответствует числу входных окон корпуса регулирующего узла, установлены в упомянутых окнах и сообщаются с соответствующим межпакерным пространством, а выпускные патрубки упомянутых клапанов сообщены с выходными патрубками корпусов, управляющий клапан регулирующих узлов выполнен в виде пилотного электромагнитного клапана, связанного по входу посредством приемного патрубка с муфтой, установленной на выходе насоса, а его выпускной патрубок подсоединен к полости сервомеханизма гидравлического исполнительного клапана и дросселю сброса жидкости из вышеуказанной полости, который установлен на соединительном патрубке между управляющим и гидравлическим исполнит�

Description

2563115237

шшйшпипррин

j в о

Устройство для регулирования отбора жидкости в процессе эксплуатации скважииы

Полезная модель относится к области эксплуатации нефтяных месторождений и может быть использована для регулирования отбора жидкости при эксплуатации отводящихся нефтяных скважин многопластового месторождения.

Известно устройство для эксплуатации скважин с автоматическим регулированием раздельной откачки нефти и воды, включающее колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) с размещенными на ней насосом отбора жидкости и пакером, разделяющим между собой участки перфорации эксплуатационной колонны, датчик контроля количества воды в составе

МПК :Е21В43/12, Е 21 В 43/14

отбираемой жидкости, выполненный в виде датчиков уровня, иснолнительный механизм регулирования потока жидкости. Принцип работы устройства основан на возникновении ньютоновских сил при погружении материала датчика в различные по плотности жидкости - вода и нефть (см. авт. свид. SU № 1340264, Е 21 В 43/14,1996).

Недостатком устройства является малая чувствительность и погрешность из-за наличия в составе жидкости смесевой составляющей (эмульсии). Кроме того, совмещение датчика и исполнительного механизма в одном узле приводит к дополнительной погрешности в работе устройства, а развитая поверхность поплавков датчика уровня склонна к напипанию различных нефтяных фракций типа асфальтенов и т.п., что отражается на точности регулирования.

Также известно устройство для регулирования притока воды в нефтяную скважину в процессе механизированной эксплуатации, содержащее установленный на колонне лифтовых труб ниже точки подвеса насоса узел регулирования, выполненный в виде камеры с входными отверстиями для прохода жидкости и выходным патрубком, соединенным с исполнительным клапаном, при этом в полости камеры установлены два контактных электрода для фиксирования заданного максимального и минимального уровня нефтеводораздела, подключенные к блоку управления, установленному на устье скважины, выход которого подсоединен к исполнительному клапану (см. патент US № 3915225, Е 21 В 43/00,1975).

Недоетатоком указанного устройства является дискректный режим регулировання гфоцесса притока воды, что снижает точность регулирования.

Их известных устройств наиболее близким к предлагаемому является устройство для зшравления потоком жидкости в процессе эксплуатации скважины, включающее эксплуатационную колонну с участком перфорации, колонну НКТ с пакером, в которой установлен исполнительный механизм, состоящий из корпуса с входным и выходным патрубками, в полости которого размещены гидравлический исполнительный клапан с входными окнами и регулирующий клапан, обеспечивающий изменение давления на выходе исполнительного механизма в зависимости от колебаний пластового давления (см. патент US № 4036297, Е 21 В 43/12,1977).

Недостатком известного устройства является регулирования отбора жидкости из одного продз тивного пласта по критерию поддержания заданного дебита при изменении пластового давления, что не позволяет оптимизрфовать режим отбора воды в случае эксплуатации обводняющихся скважин при эксплуатации нескольких продуктивных пластов.

Задачей полезной модели создание устройства для регулирования отбора жидкости в процессе эксплуатации обводняющихся нефтяных скважин многопластового месторождения, обеспечивающего оптимальный режим эксплуатации за счет регулирования потока продукции из каждого пласта по критерию минимизации количества воды в отбираемой продукции.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для регулирования отбора жидкости в процессе, эксплуатации скважины, содержащее эксплуатационную колонну с )Д1астком перфорации, колонну насоснокомпрессорных труб, на которой размещен регулируюпщй узел, состоящий из корпуса с осевыми входным и выходным патрубками и радиальными входными окнами, в котором установлены управляющий и гидравлический исполнительный клапаны с сервомеханизмами, приемными и выпускными патрубками, пакер и систему зшравления, согласно полезной модели, что оно содержит насос, установленные по длине колонны НКТ дополнительные регулирующие узлы, число которых соответствует числу продуктивных пластов скважины, и дополнительные пакеры, разобщающие пласты между собой, причем управляющий и гидравлический исполнительный клапаны установлены в корпусе с зазором для обеспечения гидравлической связи между регулирующими узлами и насосом, приемные патрубки каждого гидравлического исполнительного клапана, число которых соответствует числу входных окон корпуса регулирующего узла, установлены в упомянутых окнах и сообщаются с соответствующим межпакерным пространством, а выпускные патрубки упомянутых клапанов сообщены с выходными патрубками корпусов, управляющий клапан регулирующих узлов выполнен в виде пилотного электромагнитного клапана, связанного по входу посредством приемного патрубка с муфтой, установленной на выходе насоса, а его выпускной патрубок подсоединен к полости сервомеханизма гидравлического

исполнительного клапана и дросселю сброса жидкости из вышез азанной полости, который установлен на соединительном патрубке между управляющим и гидравлическим исполнительным клапанами, при этом система управления включает установленные в приемных патрубках гидравлического исполнительного клапана датчики обводненности, связанные Кабельной линией с блоком питания и управления, размещенным на устье скважины, выход которого подключен к обмоткам каждого пилотного электромагнитного клапана.

В предпочтительных вариантах реализации:

датчик обводненности выполнен в виде двух электродов, один из которых электрически изолирован от колонны НКТ и эксплуатационной колонны и установлен по линии тока жидкости, а роль второго электрода выполняет соответствующий приемный патрубок гидравлического исполнительного клапана;

радиальные входные окна корпуса и приемные патрубки гидравлического исполнительного клапана имеют форму эллипсоида.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где: на фиг. 1 представлен общий вид устройства; на фиг. 2 схематичное изображение регулирующего узла; на фиг. 3 показана схема и расположение датчика обводненности в приемных патрубках. Устройство для регулирования отбора жидкости в процессе эксплуатации

скважины (Фиг. 1) содержит эксплуатационную колонну 1 с участками перфорации 2, колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) 3, на которой последовательно по ее длине размещены регулирующие узелы 4, каждый из которых состоит из корпуса 5 с осевыми входным 6 и выходным 7 патрубками и радиальными входными окнами 8, в котором установлены зшравляющий клапан 9 и гидравлический исполнительный клапан 10 с сервомеханизмом 11, приемными 12 и выпускными 13 патрубками.

Радиальные входные окна 8 и приемные патрубки 12 (Фиг.З) имеют форму эллипсоидов.

Число установленных по длине колонны НКТ регулирующих 4 соответствует числу продуктивных пластов 14 скважины, разобщенных между собой посредством пакеров 15. Управляющий 9 и, гидравлический исполнительный клапан 10 установлены в корпусе 5 с зазором А (Фиг.2.) для обеспечения гидравлической связи между регулирз юпщми узлами 4 и насосом 16. Приемные патрубки 12 каждого гидравлического исполнительного клапана 10, число которых соответствует числу входных окон 8, корпуса 5 регулирующего узла, установлены в упомянутых окнах 8 и сообщаются с соответствующим межпакерным пространством посредством перфорационных каналов 2, а выпускные патрубки 13 исполнительных клапанов 10 сообщены с выходными патрубками 7 корпуса 5.

V

6

Управляющий клапан 9 выполнен в виде пилотного электромагнитного клапана, связанного по входу посредством приемного патрубка 17 (Фиг.2.) с магистрально-напорной линией 18, а его выходной патрубок 19 подсоединен к полости Б сервомеханизма 11 гидравлического исполнительного клапана 10 и к дросселю 20 сброса жидкости из полости Б. Вышеупомян5 ый дроссель установлен на патрубке 21 между управляющим 9 и гидравлическим 10 исполнительными клапанами.

Система управления включает в себя установленные в приемных патрубках 12 (окнах 8) гидравлического исполнительного клапана 10, датчики обводненности 22, связанные кабельной линией 23 с блоком питания и управления 24, размещенным на устье скважины (Фиг.1.), выход которого посредством кабельной линии 25 подключен к обмотке 26 каждого пилотного электромагнитного клапана 9.

Устройство работает следующим образом: после спуска в скважину на колонне насосно-компрессорных труб 3 последовательно установленных на ней муфты 27, насоса 16 с магистральной напорной линией 18, регулирующих узлов 4 , пакеров 15 и кабельных линий 23 и 25, приводят в действие пакеры 15, количество которых равно количеству продуктивных пластов 14, тем самым разобщая эти пласты между собой.

При этом каждый из указанных пластов может быть индивидуально сообщен гидравлически с насосом 16 через регулирующие узлы 4.

Поскольку в исходном состоянии гидравлический исполнительный клапан 10 нормально открыт и удерживается в этом положении посредством собственной пружины 28, а управляющий клапан 9 нормально закрыт посредством аналогичной пружины 29, то пластовая жидкость из межпакерного пространства беспрепятственно поступает к насосу 16 через окна 8, входные радиальные патрубки 12 и выпускной патрубок 13 гидравлического клапана 10. Таким образом, во время работы насоса жидкость из всех пластов одновременно поступает на устье скважины со среднеинтегральным значением обводненностги нефти и суммарным дебитом. После включения в работу блока питания и управления 24 осуществляется электрриеская связь между указанным блоком, датчиками 22 обводненности и обмоткой 26 пилотного электроклапана посредством кабельных линий 24 и 26. При прохождении потока жидкости через патрубок 12 и установленный в нем датчик обводненности 22, выполненный в виде двух электродов, один из которых 30 электрический, изолирован от колонны ПКТ и эксплуатационной колонны и установлен по линии тока жидкости, а роль второго электрода выполняет приемный патрубок 12, через указанные электроды протекает переменный ток, величина которого зависит от обводненности нефти .

где: к Uконстанта электродной ячейки датчика электропроводности;

-1

S - площадь поверхности электродов, L - расстояние между электродами, см.

р Ае - удельное сопротивление жидкости, протекающей через

электроды мо,

где: q - величина обводненности нефти

А, В - эмпирические коэффициенты.

Блок управления 24 выполнен таким образом, что при изменении тока между электродами изменяется и ток через обмотку управляющего клапана 9. Поскольку электроклапан 9 выполнен в виде соленоида со свободным стоном, то с увеличением этого тока он будет все больше открываться, а с уменьшением этого тока будет закрываться. В процессе открытия клапана 9 жидкость из насоса 16 с избыточным давлением поступает в сервополость 11 исполнительного клапана 10, под действием этого давления последний начинает закрываться, преодолевая усилие пружины 28 и, уменьшая тем самым, поток жидкости через патрубок выхода 13.

Для реализации установившегося режима работы клапанной группы в устройстве предусмотрен дроссель сброса жидкости 20, который является элементом отрицательной обратной связи, обеспечивающей затухающий процесс изменения давления сервополости во времени при изменении давления за управляющим клапаном 9.

Таким образом, каждому положению регулирующей задвижки 30 управляющего клапана 9 будет соответствовать строго определенное

положение регулирующей задвижки 31 исполнительного клапана 10. При этом расход жидкости через регулирзтощий узел 4 из каждого пласта может изменяться от О, если обводненность в этом пласте достигла 100%, до максимального значения, равного полному дебиту пласта.

Блок питания и управления 24 представляет собой программируемый контроллер с каналами управления, количество которых равно количеству регулирующих узлов 4 устройства и который снабжен элементом измерения тока между электродами датчика обводненности 22, программным устройством, задающим этот ток в зависимости от допустимой обводенности жидкости, устройством сравнения текущего и программного значения межэлектродного тока и преобразователем тока в напряжение, поступающее на обмотку управляющего электромагнитного соленоидного клапана.

Таким образом, значение допустимой обводненности жидкости каждого из пластов может быть задано системой управления и блоком 24 индивидуально для каждого из пластов, при их одновременной эксплуатации. При изменении обводненности в большую или меньшую сторону относительно заданного ее значения в соответствии с величиной тока между электродами датчика 22, регулирующие узлы 4 будут уменьщать или увеличивать, соответственно, расход жидкости из каждого пласта на вход насоса 16 до совпадения заданного и измеренного значения обводненности.

Claims (3)

1. Устройство для регулирования отбора жидкости в процессе эксплуатации скважины, содержащее эксплуатационную колонну с участком перфорации, колонну насосно-компрессорных труб, на которой размещен регулирующий узел, состоящий из корпуса с осевыми входным и выходным патрубками и радиальными входными окнами, в котором установлены управляющий и гидравлический исполнительный клапаны с сервомеханизмами, приемными и выпускными патрубками, пакер и систему управления, отличающееся тем, что оно содержит насос, установленные по длине колонны НКТ дополнительные регулирующие узлы, число которых соответствует числу продуктивных пластов скважины, и дополнительные пакеры, разобщающие пласты между собой, причем управляющий и гидравлический исполнительный клапаны установлены в корпусе с зазором для обеспечения гидравлической связи между регулирующими узлами и насосом, приемные патрубки каждого гидравлического исполнительного клапана, число которых соответствует числу входных окон корпуса регулирующего узла, установлены в упомянутых окнах и сообщаются с соответствующим межпакерным пространством, а выпускные патрубки упомянутых клапанов сообщены с выходными патрубками корпусов, управляющий клапан регулирующих узлов выполнен в виде пилотного электромагнитного клапана, связанного по входу посредством приемного патрубка с муфтой, установленной на выходе насоса, а его выпускной патрубок подсоединен к полости сервомеханизма гидравлического исполнительного клапана и дросселю сброса жидкости из вышеуказанной полости, который установлен на соединительном патрубке между управляющим и гидравлическим исполнительным клапанами, при этом система управления включает установленные в приемных патрубках гидравлического исполнительного клапана датчики обводненности, связанные кабельной линией с блоком питания и управления, размещенным на устье скважины, выход которого подключен к обмоткам каждого пилотного электромагнитного клапана.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый датчик обводненности выполнен в виде двух электродов, один из которых электрически изолирован от колонны НКТ и эксплуатационной колонны и установлен по линии тока жидкости, а роль второго электрода выполняет соответствующий приемный патрубок гидравлического исполнительного клапана.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что радиальные входные окна корпуса и приемные патрубки гидравлического исполнительного клапана имеют форму эллипсоида.