Результат интеллектуальной деятельности: ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР ГАРИПОВА

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для регулирования перепада давления, в колонне труб, забойного или затрубного давления, а также для регулирования расхода скважинной жидкости как при добыче флюида, так и при нагнетании рабочей среды в скважину.

Известен «Съемный двухсторонний регулятор ГАРИПОВА», содержащий корпус с боковым пропускным отверстием и осевым проходным каналом, манжетодержатели с наружным уплотнительным элементом (Патент РФ №2372476, E21B 43/12, оп. 10.11. 2009 г.).

Недостатком известного технического решения является невозможность дистанционного регулирования потоком жидкости в режиме реального времени без применения канатной техники через пропускные отверстия в корпусе регулятора. Кроме того, данный регулятор не предусматривает использование более двух штуцеров с внутренним диаметром более 10 мм, что ограничивает его применение.

Известно «Клапанное устройство Гарипова для эксплуатации скважин», содержащее корпус с боковыми пропускными и осевыми каналами и фиксаторы (Патент РФ №2363835, E21B 34/06, оп. 20.07.2005 г.).

Недостатком данной конструкции является сложность конструкции, а также невозможность применения более одного штуцера диаметром более 10 мм, что снижает эффективность применения данного устройства.

Известен регулятор, содержащий корпус со сквозными пропускными отверстиями, расположенный внутри корпуса подвижный элемент и фиксаторы (патент РФ №2291949, E21B 34/06, оп. 20.01.2007 г., прототип).

Недостатком известного технического решения является сложность конструкции регулятора, выраженная в обязательном наличии посадочной камеры для съемного клапана для размещения запорного элемента. Кроме того, данная конструкция не позволяет регулировать работу регулятора в скважинах с большой глубиной установки регулятора в случае наличия вышележащих поглощающих интервалов или при размещении регулятора под пакером, а также в скважинах с низкими уровнями жидкости.

Предлагаемое техническое решение позволяет избежать указанные выше недостатки, а также позволяет использовать его при низких и при высоких внутрискважинных и пластовых давлениях, повысить эффективность и надежность работы с возможностью регулирования расхода скважинного флюида в добывающих и нагнетательных скважинах в режиме реального времени.

Поставленная цель достигается тем, что гидравлический регулятор содержит корпус, расположенные внутри корпуса подвижный элемент, полый ствол и фиксаторы, сквозные перепускные отверстия, выполненные с возможностью гидравлического сообщения внутритрубного пространства с затрубным, одно или несколько впускных отверстий, один или несколько гидравлических каналов, герметично связанных с впускными отверстиями, выполненными с возможностью гидравлического сообщения с зоной перемещения подвижного элемента, при этом в корпусе жестко закреплены полый ствол и фиксаторы, кроме этого корпус, подвижный элемент и полый ствол выполнены, по меньшей мере, с одним сквозным перепускным отверстием, фиксатор с полым стволом или корпусом выполнены, по меньшей мере, с одним сквозным перепускным отверстием, одно или несколько впускных отверстий выполнены в корпусе, в фиксаторе, в полом стволе, корпус представляет собой муфту или участок трубы, подвижный элемент выполнен полым или монолитным, сборным или литым, гидравлический канал герметично соединен с впускным отверстиям посредством переводника или соединительного устройства, что корпус, фиксатор и полый ствол выполнены в монолитном исполнении посредством литья, фиксатор представляет собой уплотнительные элементы с герметизирующей функцией, что фиксатор представляет собой металлическое кольцо или муфту, гидравлический регулятор дополнительно снабжен фиксатором, выполненным в виде штифта или болта, штуцером, расположенным в сквозном перепускном отверстии, герметизирующими элементами, расположенными в проточках, выполненных в подвижном элементе или в корпусе, измерительным прибором и сквозным отверстием, выполненным в корпусе или в полом стволе с возможностью гидравлического сообщения зоны перемещения подвижного элемента с внутритрубным или затрубным пространствами.

На фиг.1 изображен гидравлический регулятор в состоянии «закрыто» с одним штуцером, с одним дополнительным фиксатором, с двумя впускными отверстиями, выполненным в корпусе, с двумя гидравлическими каналами, корпус с двумя фиксаторами выполнены в монолитном исполнении; на фиг.2 изображен гидравлический регулятор в состоянии «открыто» с полым подвижным элементом, с одним гидравлическим каналом, с одним впускным отверстием, выполненным в корпусе, с двумя дополнительными фиксаторами, с двумя штуцерами, корпус с двумя фиксаторами и полым стволом выполнены в монолитном исполнении; на фиг.3 изображен гидравлический регулятор в положении «открыто» с одним гидравлическим каналом, с одним впускным отверстием, выполненным в корпусе, с измерительным прибором внутри регулятора, с двумя дополнительными фиксаторами, с одним штуцером; на фиг.4 изображен гидравлический регулятор в положении «закрыто» с одним дополнительным фиксатором, с одним гидравлическим каналом, герметично соединенным с впускным отверстием, выполненным в корпусе, верхний фиксатор выполнен со сквозным отверстием, с двумя измерительными приборами; на фиг.5 изображен гидравлический регулятор в положении «закрыто» с впускным отверстием, выполненным в корпусе и герметично соединенным с гидравлическим каналом, на фиг.6 изображен гидравлический регулятор в положении «открыто» с монолитным подвижным элементом, с одним штуцером, с впускным отверстием, выполненным в корпусе и герметично соединенным с гидравлическим каналом посредством соединительного устройства; на фиг.7 изображен гидравлический регулятор в положении «закрыто»; на фиг.8 изображен гидравлический регулятор в положении «открыто» с двумя дополнительными фиксаторами, установленными на подвижном элементе, с впускным отверстием, выполненным в полом стволе и герметично соединенным с гидравлическим каналом посредством соединительного устройства; на фиг.9 изображен гидравлический регулятор в положении «закрыто» с одним впускным отверстием, выполненным в верхнем фиксаторе и герметично соединенным с гидравлическим каналом посредством соединительного устройства, с двумя дополнительными фиксаторами, установленными на подвижном элементе; на фиг.10 изображен гидравлический регулятор в положении «закрыто» с одним дополнительным фиксатором, установленным на подвижном элементе, с одним штуцером, с одним впускным отверстием, выполненным в полом стволе и герметично соединенным с гидравлическим каналом посредством соединительного устройства.

Гидравлический регулятор содержит корпус 1, один или несколько гидравлических каналов 2, одно или несколько впускных отверстий 3, и расположенные внутри корпуса 1 полый ствол 4, подвижный элемент 5 и фиксаторы 6, и сквозные перепускные отверстия.

Корпус 1 представляет собой муфту или участок трубы.

Полый ствол 4 представляет собой участок трубы.

Подвижный элемент 5 расположен внутри корпуса 1 между фиксаторами 6 и представляет собой, например, поршень. Подвижный элемент 5 выполнен полым или монолитным, сборным или литым.

Фиксаторы 6 представляют собой элементы с герметизирующей функцией, например, в виде уплотнительных манжет, металлических колец или муфт, жестко соединенных, например, посредством сварки, литья с корпусом 1 и полым стволом 4. Фиксаторы 6 ограничивают зону перемещения подвижного элемента 5 в корпусе 1.

В корпусе 1 жестко закреплены полый ствол 4 и фиксаторы 6, например, посредством сварки, литья. Например, корпус 1, фиксатор 6 и полый ствол 4 выполнены в монолитном исполнении посредством литья.

Гидравлический канал 2 представляет собой, например, металлическую трубку, трубу, шланг и герметично соединен с впускным отверстием 3.

Одно или несколько впускных отверстий 3 выполнены с возможностью гидравлического сообщения с зоной перемещения подвижного элемента 5 для создания в зоне перемещения подвижного элемента 5 давления, достаточного для его перемещения в корпусе 1 вверх-вниз.

Одно или несколько впускных отверстий 3 расположены вне зоны перемещения подвижного элемента 5.

Сквозные перепускные отверстия 7, 8, 9, 10 выполнены с возможностью гидравлического сообщения внутритрубного пространства с затрубным, например, по меньшей мере, одно сквозное перепускное отверстие 7 выполнено в корпусе 1, по меньшей мере, одно сквозное перепускное отверстие 8 выполнено в подвижном элементе 5, по меньшей мере, одно сквозное перепускное отверстие 9 выполнено в фиксаторе 6 и, по меньшей мере, одно сквозное перепускное отверстие 10 выполнено в полом стволе 4.

Например, сквозные перепускные отверстия 7, 9 и 10 расположены под подвижным элементом 5 и обеспечивают гидравлическое сообщение внутритрубного пространства с затрубным пространством, а также дополнительно обеспечивают создание в зоне перемещения подвижного элемента 5 давления, достаточного для его перемещения вверх, а выполнение сквозных перепускных отверстий 7 в корпусе 1, сквозных перепускных отверстий 8 в подвижном элементе 5 и сквозных перепускных отверстий 10 в полом стволе 4 обеспечивает только гидравлическое сообщение внутритрубного пространства с затрубным пространством.

Так, для обеспечения создания давления, достаточного для перемещения подвижного элемента 5 вверх-вниз, например, одно или несколько впускных отверстий 3 выполнены в корпусе 1 и расположены над и под подвижным элементом 5; одно или несколько впускных отверстий 3 выполнены в корпусе 1 над подвижным элементом 5 и в фиксаторе 6, расположенном под подвижным элементом 5; одно или несколько впускных отверстий 3 выполнены в корпусе 1 под подвижным элементом 5 и в фиксаторе 6, расположенном над подвижным элементом 5; одно или несколько впускных отверстий 3 выполнены в корпусе 1 и расположены над подвижным элементом 5, а сквозные перепускные отверстия 7 и 9 расположены под подвижным элементом 5; одно или несколько впускных отверстий 3 выполнены в корпусе 1 и расположены над подвижным элементом 5, а сквозные перепускные отверстия 10 и 9 расположены под подвижным элементом 5; одно или несколько впускных отверстий 3 выполнены в корпусе 1 и расположены над подвижным элементом 5, а сквозные перепускные отверстия 10 и 7 расположены под подвижным элементом 5 и т.п.

Фиксатор 6 дополнительно снабжен, по меньшей мере, одним сквозным отверстием 11, обеспечивающим возможность гидравлического сообщения зоны перемещения подвижного элемента 5 для создания в ней давления, достаточного для его перемещения вниз-вверх, например, с впускным отверстием 3.

Гидравлический канал 2 герметично соединен с впускным отверстием 3, например, посредством переводника или соединительного устройства 12.

Гидравлический регулятор дополнительно снабжен, по меньшей мере, одним фиксатором 13, выполненным, например, в виде штифта, болта, выступа и т.п., для дополнительного ограничения зоны перемещения подвижного элемента 5, в этом случае подвижный элемент 5 расположен между фиксаторами 6 и/или между дополнительными фиксаторами 13.

Гидравлический регулятор дополнительно снабжен, по меньшей мере, одним штуцером 14, герметизирующими элементами 15 и измерительным прибором 16.

Штуцер 14 обеспечивает ограничение потока скважинного флюида и расположен, например, в сквозных перепускным отверстиях 7, 8, 9 и 10, во впускных отверстиях 3. Например, полый ствол 4 выполнен с двумя сквозными перепускными отверстиями 10, одно из них снабжено штуцером 14.

Герметизирующие элементы 15 представляют собой, например, уплотнительные кольца, прокладки с демпферными и герметизирующими свойствами, расположены в проточках подвижного элемента 5 или корпуса 1 и обеспечивают герметизацию и разобщение впускных отверстий 3.

Гидравлический регулятор дополнительно снабжен, по меньшей мере, одним сквозным отверстием 17, выполненным в корпусе 1 или полом стволе 4 с возможностью гидравлического сообщения зоны перемещения подвижного элемента 5 с затрубным или внутритрубным пространствами для обеспечения создания в зоне перемещения подвижного элемента 5 давления, достаточного для его перемещения вниз-вверх.

Например, сквозное отверстие 17 выполнено в корпусе 1 над подвижным элементом 5, обеспечивает создание в зоне перемещения подвижного элемента 5 давления, достаточного для его перемещения вниз.

Гидравлический регулятор работает следующим образом.

В скважину спускают гидравлический регулятор, содержащий корпус 1 со сквозным перепускным отверстием 7, в котором расположен штуцер 14, с двумя впускными отверстиями 3, выполненными в корпусе 1 и герметично соединенными с гидравлическими каналами 2, и другое оборудование, например оборудование для дистанционного регулирования перемещения подвижного элемента 5 и, соответственно, управления переключением положений в гидравлическом регуляторе «открыто» - «закрыто», в том числе и в режиме реального времени.

Внутри корпуса 1 со сквозным перепускным отверстием 7 жестко закреплены полый ствол 4 со сквозным перепускным отверстием 10, фиксаторы 6, дополнительный фиксатор 13, подвижный элемент 5 со сквозным перепускным отверстием 8 (Фиг.1).

В верхний гидравлический канал 2 подают под заданным давлением гидравлическую жидкость, которая проходит через верхнее впускное отверстие 3 корпуса 1, поступает в зону перемещения подвижного элемента 5 над ним, перемещает его от дополнительного фиксатора 13 к фиксатору 6 со сквозным отверстием 11 и перекрывает при этом сквозные перепускные отверстия 10 полого ствола 4 и сквозные перепускные отверстия 7 корпуса 1, в этом случае гидравлический регулятор находится в состоянии «закрыто».

Для того чтобы перевести гидравлический регулятор в состояние «открыто», гидравлическую жидкость из зоны перемещения подвижного элемента 5 через верхнее впускное отверстие 3 корпуса 1 посредством гидравлического канала 2 стравливают на поверхность скважины и одновременно с этим нагнетают под заданным давлением гидравлическую жидкость в нижнее впускное отверстие 3 корпуса 1, расположенное под подвижным элементом 5, обеспечивая тем самым перемещение подвижного элемента 5 от нижнего фиксатора 6 к дополнительному фиксатору 13. В этом случае сквозное перепускное отверстие 7 со штуцером 14 в корпусе 1, сквозное перепускное отверстие 10 полого ствола 4 и сквозное перепускное отверстие 8 подвижного элемента 5 совпадают, образуя сквозной перепускной канал, по которому скважинный флюид протекает из внутритрубного пространства в затрубное пространство.

Посредством гидравлического канала 2, соединенного с нижним впускным отверстием 3 корпуса 1, расположенным под подвижным элементом 5, обеспечивают принудительный перевод регулятора из положения «закрыто» в положение «открыто».

Два гидравлических канала 2 позволяют дистанционно регулировать перемещение подвижного элемента 5 и, соответственно, управлять переключением положений в гидравлическом регуляторе «открыто»-«закрыто», в том числе и в режиме реального времени, то есть, если давление над подвижным элементом 5 будет выше, чем под подвижным элементом 5, то гидравлический регулятор будет закрыт, а если ниже, то «открыт».

Пример 1 (Фиг.4)

В скважину спускают гидравлический регулятор с измерительными приборами 16 в виде глубинного кабельного манометра, корпусом 1 в виде участка трубы со сквозными перепускными отверстиями 7 и впускным отверстием 3, расположенным над подвижным элементом 5 и герметично соединенным с гидравлическим каналом 2.

Внутри корпуса 1 расположены полый ствол 4 со сквозными перепускными отверстиями 10, подвижный элемент 5 в виде поршня со сквозными перепускными отверстиями 8, фиксаторы 6 и дополнительный фиксатор 13, при этом в верхнем фиксаторе 6 выполнено сквозное отверстие 11 для гидравлического сообщения впускного отверстия 3 корпуса 1 с зоной перемещения подвижного элемента 5 над ним, а в нижнем фиксаторе 6 выполнено сквозное отверстие 11 для гидравлического сообщения зоны перемещения подвижного элемента 5 с внутритрубным пространством.

Во впускное отверстие 3 корпуса 1 через сквозное отверстие 11 верхнего фиксатора 6 по гидравлическому каналу 2 под заданным давлением подают жидкость, которая поступает в зону перемещения поршня 5 над ним и перемещает поршень 5 от верхнего фиксатора 6 к дополнительному фиксатору 13, представляющему собой болт. При этом сквозные перепускные отверстия 8 поршня 5 не соединяют сквозные перепускные отверстия 10 полого ствола 4 со сквозными перепускными отверстиями 7 корпуса 1 и, соответственно, жидкость из полого ствола 4 - внутритрубного пространства не перетекает в затрубное пространство и гидравлический регулятор находится в состоянии «закрыто».

Затем стравливают давление в гидравлическом канале 2, снижая при этом давление над поршнем 5 до давления ниже, чем давление под ним.

Давление под поршнем 5 равно скважинному (пластовому) давлению за счет поступления скважинной жидкости через сквозное отверстие 11 нижнего фиксатора 6. Под действием пластового давления поршень 5 перемещается вверх до верхнего фиксатора 6 и сквозные перепускные отверстия 8 соединяют сквозные перепускные отверстия 10 со сквозными перепускными отверстиями 7, при этом жидкость из внутритрубного пространства перетекает в затрубное пространство или наоборот, в зависимости от направления действия перепада давления. Гидравлический регулятор находится в состоянии «открыто».

При необходимости перевода гидравлического регулятора в положение «закрыто» повышают давление над поршнем 5 за счет нагнетания жидкости, например, с устья скважины в гидравлический канал 2.

Гидравлический канал 2 обеспечивает создание гидравлического давления над поршнем 5 больше давления под ним, которое обеспечит его перемещение. Поскольку давление под поршнем 5 равно давлению внутри полого ствола 4, то в гидравлическом канале 2 и, соответственно, в зоне над поршнем 5 создают давление, превышающее давление внутри полого ствола 4.

Измерив дистанционно в режиме реального времени давление внутри полого ствола 4 глубинным кабельным манометром 16, определяют давление в гидравлическом канале 2 и создают заданное давление в гидравлическом канале 2, достаточное для перемещения поршня 5, что позволит управлять дистанционно в режиме реального времени работой гидравлического регулятора.

Пример 2 (Фиг.6, 7)

В скважину спускают гидравлический регулятор, содержащий корпус 1 со сквозным перепускным отверстием 7 и впускным отверстием 3, к которому герметично присоединен гидравлический канал 2, верхний фиксатор 6, в котором выполнено сквозное отверстие 11, гидравлически связывающее впускное отверстие 3 с зоной перемещения подвижного элемента 5, нижний фиксатор 6, в котором выполнено сквозное перепускное отверстие 9 с установленным в нем штуцером 14.

Путем дистанционного регулирования перемещения подвижного элемента 5 и, соответственно, управления переключением положений в гидравлическом регуляторе «открыто» - «закрыто», в том числе и в режиме реального времени, повышают или стравливают давление в гидравлическом канале 2 через впускное отверстие 3, что приводит к перемещению подвижного элемента 5 от одного фиксатора 6 к другому.

В гидравлический канал 2 подают под заданным давлением гидравлическую жидкость, которая проходит через впускное отверстие 3 корпуса 1 и поступает в зону перемещения подвижного элемента 5 над подвижным элементом 5, перемещая его от верхнего фиксатора 6 к нижнему фиксатору 6, перекрывая сквозное перепускное отверстие 7 в корпусе 1, что соответствует положению «закрыто» (Фиг.7). При стравливании давления в гидравлическом канале 2 подвижный элемент 5 возвращают в верхнее исходное положение под действием скважинного давления, что соответствует в регуляторе положению «открыто», т.е. переток флюида осуществляется через сквозное перепускное отверстие 7 в корпусе 1 и сквозное перепускное отверстие 9 нижнего фиксатора 6.

Пример 3 (Фиг.8)

В скважину спускают гидравлический регулятор, в котором полый ствол 4 и фиксаторы 6 выполнены монолитно и жестко соединены с корпусом 1, дополнительные фиксаторы 13 расположены на подвижном элементе 5 в виде уступов, при этом впускное отверстие 3 выполнено в полом стволе 4 и герметично соединено с гидравлическим каналом 2 посредством соединительного устройства 12, а сквозные перепускные отверстия 7 и 10 расположены под подвижным элементом 5 и обеспечивают гидравлическое сообщение внутритрубного пространства с затрубным, а также обеспечивают создание в зоне перемещения подвижного элемента 5 давления, достаточного для его перемещения.

Впускное отверстие 3 гидравлически связано с зоной перемещения над подвижным элементом 5.

Путем дистанционного регулирования перемещения подвижного элемента 5 и, соответственно, управления переключением положений в гидравлическом регуляторе «открыто» - «закрыто», в том числе и в режиме реального времени, повышают или стравливают давление в гидравлическом канале 2 через впускное отверстие 3, что приводит к перемещению подвижного элемента 5 от одного фиксатора 6 к другому фиксатору 6.

В гидравлический канал 2 не подают под заданным давлением гидравлическую жидкость, соответственно она не проходит через впускное отверстие 3 и не поступает в зону перемещения подвижного элемента 5 над ним, тем самым не перемещает его от верхнего фиксатора 6 к нижнему фиксатору 6 и не перекрывает сквозное перепускное отверстие 7 или 10, что соответствует положению «открыто», то есть переток флюида осуществляется через сквозные перепускные отверстия 10 и 7.

Пример 4 (Фиг.9)

В скважину спускают гидравлический регулятор, в котором полый ствол 4 и фиксаторы 6 выполнены монолитно и жестко соединены с корпусом 1, дополнительные фиксаторы 13 расположены на подвижном элементе 5 в виде выступов, при этом впускное отверстие 3 выполнено в верхнем фиксаторе 6 и герметично соединено с гидравлическим каналом 2 посредством соединительного устройства 12, а сквозные перепускные отверстия 7 и 10 обеспечивают гидравлическое сообщение внутритрубного пространства с затрубным, а также обеспечивают создание в зоне перемещения подвижного элемента 5 давления, достаточного для его перемещения вверх.

Впускное отверстие 3 гидравлически связано с зоной перемещения над подвижным элементом 5.

Путем дистанционного регулирования перемещения подвижного элемента 5 и, соответственно, управления переключением положений в гидравлическом регуляторе «открыто»-«закрыто», в том числе и в режиме реального времени, повышают или стравливают давление в гидравлическом канале 2 и, соответственно, во впускном отверстии 3, что приводит к перемещению подвижного элемента 5 с дополнительными фиксаторами 13 от одного фиксатора 6 к другому 6.

В гидравлический канал 2 подают под заданным давлением гидравлическую жидкость, которая проходит через впускное отверстие 3 и поступает в зону перемещения подвижного элемента 5 над подвижным элементом 5, перемещая его от верхнего фиксатора 6 к нижнему фиксатору 6, перекрывая сквозное перепускное отверстие 10, что соответствует положению «закрыто». При стравливании давления в гидравлическом канале 2 подвижный элемент 5 возвращается в верхнее исходное положение под действием скважинного давления, что соответствует в регуляторе положению «открыто», то есть переток флюида осуществляется через сквозное перепускное отверстие 10 и 7.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает надежную работу как при низких, так и при высоких внутрискважинных и пластовых давлениях, повышение эффективности за счет более широкого диапазона регулирования расходов скважинного флюида.