EA039574B1 - Autonomous electronic device for control of multicomponent fluid inflow - Google Patents
Autonomous electronic device for control of multicomponent fluid inflow Download PDFInfo
- Publication number
- EA039574B1 EA039574B1 EA201900434A EA201900434A EA039574B1 EA 039574 B1 EA039574 B1 EA 039574B1 EA 201900434 A EA201900434 A EA 201900434A EA 201900434 A EA201900434 A EA 201900434A EA 039574 B1 EA039574 B1 EA 039574B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- fluid
- inflow
- inlet chamber
- opening
- piston
- Prior art date
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 142
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 48
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 9
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 7
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 4
- 208000031968 Cadaver Diseases 0.000 claims 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 16
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 20
- 230000004941 influx Effects 0.000 description 9
- 239000008398 formation water Substances 0.000 description 8
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 7
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 7
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000003129 oil well Substances 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 230000017488 activation-induced cell death of T cell Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B34/00—Valve arrangements for boreholes or wells
- E21B34/06—Valve arrangements for boreholes or wells in wells
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B34/00—Valve arrangements for boreholes or wells
- E21B34/06—Valve arrangements for boreholes or wells in wells
- E21B34/063—Valve or closure with destructible element, e.g. frangible disc
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B34/00—Valve arrangements for boreholes or wells
- E21B34/06—Valve arrangements for boreholes or wells in wells
- E21B34/066—Valve arrangements for boreholes or wells in wells electrically actuated
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B34/00—Valve arrangements for boreholes or wells
- E21B34/06—Valve arrangements for boreholes or wells in wells
- E21B34/10—Valve arrangements for boreholes or wells in wells operated by control fluid supplied from outside the borehole
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/12—Methods or apparatus for controlling the flow of the obtained fluid to or in wells
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/25—Methods for stimulating production
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K21/00—Fluid-delivery valves, e.g. self-closing valves
- F16K21/04—Self-closing valves, i.e. closing automatically after operation
- F16K21/06—Self-closing valves, i.e. closing automatically after operation in which the closing movement, either retarded or not, starts immediately after opening
- F16K21/10—Self-closing valves, i.e. closing automatically after operation in which the closing movement, either retarded or not, starts immediately after opening with hydraulic brake cylinder acting on the closure member
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K21/00—Fluid-delivery valves, e.g. self-closing valves
- F16K21/04—Self-closing valves, i.e. closing automatically after operation
- F16K21/18—Self-closing valves, i.e. closing automatically after operation closed when a rising liquid reaches a predetermined level
- F16K21/185—Self-closing valves, i.e. closing automatically after operation closed when a rising liquid reaches a predetermined level with electrical or magnetical means, e.g. with magnetic floats, for sensing the liquid level
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D7/00—Control of flow
- G05D7/01—Control of flow without auxiliary power
- G05D7/0126—Control of flow without auxiliary power the sensing element being a piston or plunger associated with one or more springs
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D7/00—Control of flow
- G05D7/06—Control of flow characterised by the use of electric means
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Flow Control (AREA)
- Magnetically Actuated Valves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам контроля притока пластового флюида в скважину, более конкретно к электронным устройствам контроля притока многокомпонентного флюида, поступающего из продуктивного пласта, которые позволяют ограничивать поступление флюида в колонну добывающих труб. В частности, изобретение относится к автономным электронным устройствам контроля притока флюида в скважине в операциях по открытию и закрытию клапанов, имеющих подвижный элемент, предназначенный для изменения величины площади канала притока флюида. Данное электронное устройство контроля притока может быть использовано в операциях по добычи нефти в скважинах с функцией отключения притока газа и/или воды, которое содержит источник питания, расположенный в скважине и предназначенный для питания узлов электронного устройства, способного определять компонент пластового флюида.SUBSTANCE: invention relates to devices for controlling the inflow of formation fluid into a well, more specifically to electronic devices for controlling the inflow of a multicomponent fluid coming from a productive formation, which allow limiting the flow of fluid into a production pipe string. In particular, the invention relates to self-contained electronic devices for controlling fluid inflow in a well in operations for opening and closing valves, having a movable element designed to change the area of the fluid inflow channel. This electronic inflow control device can be used in oil production operations in wells with the function of shutting off the inflow of gas and/or water, which contains a power source located in the well and designed to power electronic device components capable of determining the component of the reservoir fluid.
В добывающих скважинах имеется потребность управлять притоком многокомпонентных флюидов из продуктивного пласта в ствол скважины по ряду причин, например, для увеличения добычи нефти и минимизации добычи воды и/или газа, которые могут извлекаться параллельно с добываемым желательным компонентом флюида (нефть), что делает добычу менее прибыльной, так как расход добываемого желательного компонента вдоль скважины значительно снижается. Так, в процессе добычи нефти (например, из-за неравномерного перепада забойного давления вдоль стенок скважины) может возникнуть прорыв пластовой воды или газа в скважину, что приводит к добыче нежелательного компонента флюида и заставляет контуры пластовой воды замещать контуры притока нефти вдоль добывающей части скважины, вследствие чего происходит сопутствующая добыча нежелаемой пластовой воды или газа и снижение дебита добываемой нефти на поверхности. В результате скважина теряет часть своего нефтяного потенциала, что приводит к необходимости бурить дополнительные скважины. По этой причине желательно перекрыть или уменьшить приток нежелательного компонента флюида в эксплуатационных зонах, испытывающих значительный приток воды и/или газа. Таким образом, желательно иметь средство для управления притоком текучей среды (флюида) в конкретном месте вдоль эксплуатационной колонны.In production wells, there is a need to control the influx of multi-component fluids from the reservoir into the wellbore for a number of reasons, for example, to increase oil production and minimize the production of water and/or gas that can be produced in parallel with the production of the desired fluid component (oil) that makes production less profitable, since the consumption of the extracted desired component along the well is significantly reduced. So, in the process of oil production (for example, due to an uneven bottomhole pressure drop along the walls of the well), a breakthrough of formation water or gas into the well may occur, which leads to the production of an undesirable fluid component and causes the formation water contours to replace the oil inflow contours along the producing part of the well , resulting in the concomitant production of unwanted formation water or gas and a decrease in the rate of produced oil at the surface. As a result, the well loses some of its oil potential, which leads to the need to drill additional wells. For this reason, it is desirable to shut off or reduce the influx of an undesirable fluid component in production zones experiencing significant water and/or gas influx. Thus, it is desirable to have means to control the influx of fluid at a specific location along the production string.
Такими средствами являются устройства контроля притока, которые предназначены для регулирования сопротивления притоку пластового флюида в колонну добывающих труб путем формирования механического препятствия притоку пластовой воды и/или газа.Such means are inflow control devices, which are designed to control the resistance to the inflow of formation fluid into the production pipe string by forming a mechanical barrier to the inflow of formation water and/or gas.
Такие устройства могут быть использованы по всей длине эксплуатационного участка скважины. Устройство управления притоком может быть выполнено с возможностью ограничения притока нежелательных жидкостей в колонну добывающих труб на основе определенных физических свойств жидкостей. В настоящее время в технике добычи нефти используются устройства контроля притока как пассивные, например, марки ICD®, не распознающие фазу флюида, так и автономные, например, марки AICD®, распознающие фазу флюида (см. Dimitrios Krinis et.al., Qatari Saudi Aramco; Sam Simonian and Giovanni Salerno FloTech LTD, Optimizing Horizontal Well Performance in Non Uniform Pressure Environments Using Passive Inflow Control OTC Houston, Tx. May 2009; а также Crow S.L. et. al., Oil Tools Means for Passive Inflow Control Upon Gas Breakthrough, SPE Annual Technical Conference and Exhibition, San Antonio, Texas, USA, 24-27 September, 2006).Such devices can be used along the entire length of the production section of the well. The inflow control device may be configured to restrict the flow of unwanted fluids into the production string based on certain physical properties of the fluids. Currently, inflow control devices are used in oil production engineering, both passive, for example, ICD® grades that do not recognize the fluid phase, and stand-alone, for example, AICD® grades that recognize the fluid phase (see Dimitrios Krinis et.al., Qatari Saudi Aramco, Sam Simonian and Giovanni Salerno FloTech LTD, Optimizing Horizontal Well Performance in Non Uniform Pressure Environments Using Passive Inflow Control OTC Houston, Tx May 2009, and Crow S.L. et al., Oil Tools Means for Passive Inflow Control Upon Gas Breakthrough , SPE Annual Technical Conference and Exhibition, San Antonio, Texas, USA, 24-27 September, 2006).
Известные устройства контроля притока автономного типа содержат клапаны, работающие дискретно по принципу включено-выключено, где позиция включено соответствует позиции механического препятствия (заслонки) либо когда приточное отверстие полностью открыто, либо когда приточное отверстие полностью закрыто. Однако функционирование таких двухпозиционных клапанов в значительной степени зависит от плотности ρ и вязкости μ пластового флюида, что делает практически нереализуемой функцию клапанов открывать-закрывать приточное отверстие переменно, т.е. обеспечивать линейно регулируемое управление приточным отверстием. Одной из причин такой проблемы является узкий диапазон значений величины плотности пластового флюида, при этом величина плотности может варьироваться из-за имеющихся примесей в нефтегазовых компонентах. Ряд известных устройств контроля притока не способен различать типы пластовых флюидов, поэтому функционируют только в качестве заслонки двухпозиционного типа открыто-закрыто для регулирования доступа флюида к внутренней поверхности скважинной трубы. Известны также устройства контроля притока пластовых флюидов, которые способны до некоторой степени различать типы пластовых флюидов. Такие известные устройства управления притоком имеют клапаны трубчатого типа либо клапаны соплового типа (см., например, US 9598934).Known self-contained inflow control devices comprise valves operating discretely on/off, where the on position corresponds to the position of the mechanical obstruction (flap) either when the inlet is fully open or when the inlet is fully closed. However, the functioning of such on-off valves largely depends on the density ρ and viscosity μ of the formation fluid, which makes the function of the valves to open and close the inlet variably, i.e. provide linearly adjustable control of the inlet. One of the reasons for this problem is the narrow range of formation fluid density values, while the density value can vary due to the presence of impurities in the oil and gas components. A number of well-known inflow control devices are not able to distinguish between types of reservoir fluids, therefore, they function only as a two-position open-closed damper to control fluid access to the inner surface of the well pipe. Formation fluid inflow control devices are also known which are capable of distinguishing between types of formation fluids to some extent. Such known inflow control devices have tubular type valves or nozzle type valves (see, for example, US 9598934).
Известные системы управления скважинными клапанами, являются либо гидравлическими, либо электрогидравлическими. Основными преимуществами полностью электрической системы управления являются: надежность системы за счет исключения необходимости использования гидравлических линий связи и зависимости от использования прямого электрического управления через один общий электрический кабель всеми электрическими инструментами и датчиками, установленными в скважине; достаточно точное управление рабочими положениями клапана и, следовательно, падением давления и расходом флюида через клапан; значительное сокращение числа линий управления, поскольку используется только одна электрическая линия управления; не требуется гидравлический силовой агрегат, установленныйKnown downhole valve control systems are either hydraulic or electro-hydraulic. The main advantages of an all-electric control system are: system reliability by eliminating the need for hydraulic communication lines and dependence on the use of direct electrical control through one common electrical cable for all electrical tools and sensors installed in the well; sufficiently accurate control of the operating positions of the valve and, consequently, the pressure drop and fluid flow through the valve; a significant reduction in the number of control lines, since only one electric control line is used; no hydraulic power pack required
- 1 039574 на поверхности. Дополнительным преимуществом электрической системы является снижение риска потери управления, присущего гидравлическими системами вследствие утечки и потери давления потока флюида.- 1 039574 on the surface. An additional benefit of an electrical system is that it reduces the risk of loss of control inherent in hydraulic systems due to leakage and loss of fluid flow pressure.
Известны устройства управления притоком электрогидравлического типа, которые работают электрически, при этом для изменения величины площади отверстия для притока флюида используют гидравлическую активацию управления подвижным элементом (заслонкой) с поверхности скважины. Гидравлическая активация является надежным принципом активации подвижного элемента, однако такой тип активации не имеет достаточной точности управления открытием и закрытием клапана. Гидравлическая система идеально подходит для двухпозиционных клапанов типа включено-выключено. Однако для скважин, которые требуют большей точности управления притоком, клапан должен обеспечивать не только дискретное управление по типу открыто-закрыто, но также и переменное, линейно регулируемое управление площадью отверстия для притока желаемого флюида.Electro-hydraulic inflow control devices are known that operate electrically, while hydraulic activation of the control of the moving element (flap) from the surface of the well is used to change the area of the opening for fluid inflow. Hydraulic activation is a reliable principle for activating a moving element, however, this type of activation does not have sufficient accuracy in controlling the opening and closing of the valve. The hydraulic system is ideal for on/off type on/off valves. However, for wells that require greater inflow control accuracy, the valve must provide not only discrete open-close control, but also variable, linear control of the orifice area to inflow the desired fluid.
Для достижения большей точности управления площадью пропускного отверстия между полностью открытым и полностью закрытым положениями клапана, устройства контроля притока в ряде случаев содержат дополнительные механические компоненты - компенсаторы. Сложность конструкции таких компенсаторов способствует снижению надежности устройства в целом. Когда операции открывания и закрывания отверстия для притока жидкости должны выполняться непрерывно, указанная выше сложность конструкции устройства становится еще более существенной (см., например, патенты US, 5979558; US, 6715558; US, 7377327).In order to achieve greater accuracy in controlling the area of the orifice between the fully open and fully closed positions of the valve, inflow control devices in some cases contain additional mechanical components - compensators. The complexity of the design of such compensators contributes to a decrease in the reliability of the device as a whole. When the opening and closing operations of the fluid inlet are to be performed continuously, the above complexity of the device design becomes even more significant (see, for example, US Pat. No. 5,979,558; US Pat.
Патент US, 5832996 раскрывает электрогидравлическое устройство контроля, снабженное электромагнитным клапаном, который активируется при подаче гидравлической энергии с поверхности земли и направляет гидравлическую энергию к открытию или закрытию камеры устройства. Патенты US, 6253843 и US, 5832996 раскрывают электрически активируемые внутрискважинные клапаны.US Pat. No. 5,832,996 discloses an electro-hydraulic control device provided with a solenoid valve that is activated by hydraulic power from the ground and directs the hydraulic power to open or close the chamber of the device. US Patents 6,253,843 and US 5,832,996 disclose electrically actuated downhole valves.
Патент US, 8474535 раскрывает устройство контроля притока флюида в скважине, которое изменяет сопротивление потоку жидкости в ответ на изменение скорости жидкости. Известное устройство имеет фильтр и клапан, содержащий поршень, который смещается в ответ на перепад давления, тем самым избирательно пропуская или предотвращая приток жидкости через клапан. Патенты US, 9790766 и US, 9970263 раскрывают автономные устройства контроля притока в стволе скважины - Autonomous Inflow Control Device (AICD), которые способны автоматически регулировать приток жидкости без необходимости управления оператором. Устройства AICD сконструированы таким образом, чтобы они могли обеспечивать большее сопротивление притоку нежелательных компонентов (например, газа и/или воды), чем они обеспечивают желательным компонентам (например, нефти), в частности, когда процентное содержание нежелательных компонентов увеличивается.US Pat. No. 8,474,535 discloses a fluid control device in a well that changes fluid flow resistance in response to a change in fluid velocity. The known device has a filter and a valve containing a piston that moves in response to a pressure drop, thereby selectively allowing or preventing fluid from flowing through the valve. US Pat. No. 9,790,766 and US Pat. No. 9,970,263 disclose Autonomous Inflow Control Device (AICD) in a wellbore that is capable of automatically controlling fluid inflow without the need for operator control. AICDs are designed to provide more resistance to the influx of unwanted components (eg, gas and/or water) than they provide to desirable components (eg, oil), particularly as the percentage of unwanted components increases.
Опубликованная патентная заявка US, Patent Appln. 2006/0113089 раскрывает устройство контроля притока, которое управляется электрически с поверхности скважины и обладает способностью автоматического отключения притока в скважину воды и/или газа при обнаружении изменений плотности жидкости или изменений рабочей температуры жидкости. В одних вариантах осуществления устройства управления притоком ограничивают, но не полностью перекрывают поток жидкости. В других вариантах осуществления устройства управления притоком полностью перекрывают приток жидкости. Такие устройства описаны, например, в патентах US, 9995109; US, 6128177; US, 6112815; US, 5803179 и US, 5435393. Как правило, известные устройства контроля притока имеют трубчатый корпус с двойными стенками с одним или несколькими впускными каналами и песочный фильтр, который окружает часть трубчатого корпуса. Добываемая жидкость предварительно попадет в песочный фильтр, а затем проходит извилистый путь (например, спиральный путь) между двойными стенками, чтобы достичь входного отверстия.Published US Patent Application, Patent Appln. 2006/0113089 discloses an inflow control device that is electrically controlled from the well surface and has the ability to automatically shut off water and/or gas inflow into the well upon detection of changes in fluid density or changes in fluid operating temperature. In some embodiments, the inflow control devices restrict, but do not completely shut off, fluid flow. In other embodiments, the inflow control devices completely shut off the fluid inflow. Such devices are described, for example, in US patents, 9995109; US, 6128177; US, 6112815; US Pat. No. 5,803,179 and US Pat. No. 5,435,393. Typically, known inflow control devices have a double-walled tubular body with one or more inlets and a sand filter that surrounds a portion of the tubular body. The produced fluid will first enter the sand filter and then take a tortuous path (such as a spiral path) between the double walls to reach the inlet.
В ряде известных устройств управление площадью отверстия для притока жидкости (флюида) осуществляется путем перемещения трубчатого элемента с отверстиями (перфорациями), расположенного внутри корпуса. Такие отверстия в подвижном элементе обеспечивают сообщение жидкостей между внутренней и внешней поверностью добывающей трубы.In a number of known devices, the area of the opening for the inflow of liquid (fluid) is controlled by moving a tubular element with holes (perforations) located inside the housing. Such openings in the movable element allow the communication of fluids between the inner and outer surface of the production pipe.
Опубликованная патентная заявка US Patent Appln. 2018/0223625 раскрывает электрическое устройство для управления притоком в скважине при операциях по добыче и закачке нефти и газа в скважинах, которое представляет собой регулирующий клапан. Патент US, 8356669 раскрывает устройство контроля притока, которое содержит поршень, способный смещаться, по меньшей мере, в два положения. Поток текучей среды, которая проходит через устройство управления притоком, может ограничиваться в ответ на смещение поршня из одного положения в другое.Published patent application US Patent Appln. 2018/0223625 discloses an electrical device for controlling the inflow in a well during operations for the production and injection of oil and gas in wells, which is a control valve. US Pat. No. 8,356,669 discloses an inflow control device that includes a piston capable of being displaced through at least two positions. The flow of fluid that passes through the inflow control device may be restricted in response to displacement of the piston from one position to another.
Как уже было указано выше, некоторые из известных устройств контроля притока не различают типы пластовых флюидов и могут функционировать только в качестве заслонки для регулирования притока флюида. Такие устройства могут быть простыми двухпозиционными клапанами или их можно дозировать для регулирования потока текучей среды. Устройства других типов для регулирования притока пластовых флюидов способны до некоторой степени различать компоненты пластовых флюидов. Такие устройства включают, например, ограничители притока трубчатого или соплового типа, автономные устройства управления притоком, неавтономные устройства управления притоком, извилистые пути, ихAs already mentioned above, some of the known inflow control devices do not distinguish between the types of formation fluids and can only function as a damper to control the flow of fluid. Such devices may be simple on/off valves or may be metered to control fluid flow. Other types of formation fluid control devices are capable of discriminating between the components of the formation fluids to some extent. Such devices include, for example, tubular or nozzle type flow restrictors, self-contained flow control devices, on-line flow control devices, tortuous paths, their
- 2 039574 комбинации (см., например, патент US, 9598934).- 2 039574 combinations (see, for example, US patent, 9598934).
В патентном документе PCT/US2016/030168 Water front sensing for electronic inflow control device, опубликован за номером WO 2017/189000, раскрыто электронное устройство для определения положения фронта воды, работающее на использовании нейтронов и содержащее электромагнитный сенсор. Патент RU, 2562712 раскрывает магнитный клапан, предназначенный для поддержания оптимальной величины гидравлического давления и позволяющий циклически регулировать давление. Однако известный клапан не способен распознавать компоненты пластового флюида, поэтому не ограничивает доступ в скважину таких нежелательных компонентов как вода и/или газ.Patent document PCT/US2016/030168 Water front sensing for electronic inflow control device, published under the number WO 2017/189000, discloses an electronic device for determining the position of the water front, powered by neutrons and containing an electromagnetic sensor. Patent RU, 2562712 discloses a solenoid valve designed to maintain the optimum value of the hydraulic pressure and allows the pressure to be adjusted cyclically. However, the known valve is not able to recognize the components of the formation fluid, therefore, does not restrict the access to the well of such undesirable components as water and/or gas.
Анализ патентной и научно-технической литературы позволяет сделать вывод, что на мировом нефтегазовом рынке существуют три основных типа устройств контроля притока пластового флюида, разработанные разными нефтяными компаниями. Принцип действия этих основных типов устройств основан на механическом контакте элементов устройства с потоком пластового флюида. Такой механический контакт на прямую зависит от двух физических параметров пластового флюида - плотности и вязкости.An analysis of patent and scientific and technical literature allows us to conclude that there are three main types of formation fluid inflow control devices developed by different oil companies in the global oil and gas market. The principle of operation of these main types of devices is based on the mechanical contact of the device elements with the formation fluid flow. Such mechanical contact directly depends on two physical parameters of the reservoir fluid - density and viscosity.
Так, известно устройство контроля притока марки EquiFlow® американской компании Halliburton Energy Services, Inc., US, в котором при прохождении пластового многокомпонентного флюида через канал, выполненный в виде лабиринта, происходит фазовое разделение флюида. Нефть, обладающая наибольшей вязкостью, находит кратчайший путь к входному отверстию устройства, тогда как вода или газ, обладающие меньшей вязкостью, проходят через наибольшее расстояние лабиринта, что позволяет ограничить их параллельный приток в скважину. Известное устройство контроля притока не имеет подвижных элементов, не требует внутрискважинного вмешательства для установки. Однако оно обеспечивает незначительное ограничение доступа воды или газа в колонну добывающих труб (см., например,www.halliburton.com/en-US/ps/completions/sand-control/screens/inflow-control/equiflowautonomous-inflow-control-device.html).Thus, an inflow control device of the EquiFlow® brand of the American company Halliburton Energy Services, Inc., US is known, in which the phase separation of the fluid occurs when a multicomponent reservoir fluid passes through a channel made in the form of a labyrinth. Oil, which has the highest viscosity, finds the shortest path to the inlet of the device, while water or gas, which has a lower viscosity, passes through the greatest distance of the labyrinth, which makes it possible to limit their parallel inflow into the well. The known inflow control device has no moving parts and does not require downhole intervention for installation. However, it does provide a slight restriction on the access of water or gas to the production string (see e.g. www.halliburton.com/en-US/ps/completions/sand-control/screens/inflow-control/equiflowautonomous-inflow-control-device .html).
Известен клапан марки RCP® (Rate Controlled Production) норвежской компании Statoil. Протекая через проходное отверстие, пластовый флюид попадает на подвижный диск, который является единственным подвижным элементом в устройстве. Флюид, обладающий меньшей вязкостью, например, вода или газ, приводит диск в движение в сторону входного отверстия, тем самым блокируя его. Аналогично, высоковязкий флюид (нефть) толкает диск в противоположном направлении, увеличивая площадь протекания, что способствует дальнейшему притоку нефти в добывающую трубу (см., например, https://docecity.com/queue/introduction70016.html).Known valve brand RCP® (Rate Controlled Production) Norwegian company Statoil. Flowing through the orifice, formation fluid enters the movable disk, which is the only movable element in the device. A less viscous fluid, such as water or gas, drives the disk towards the inlet, thereby blocking it. Similarly, a highly viscous fluid (oil) pushes the disc in the opposite direction, increasing the flow area, which further inflows oil into the production pipe (see, for example, https://docecity.com/queue/introduction70016.html).
Известен также клапан марки AICV® компании Inflow Control, принцип действия которого схож с принципом действия клапана RCP®. Известное устройство включает единственный подвижный элемент в форме диска, работающий на разнице в величине вязкости и плотности флюидов. Известное устройство имеет впускное и выпускное отверстия, соединенные с каналами. В случае притока маловязкого флюида, выпускная линия направляет флюид обратно в продуктивный пласт, тогда как в случае высоковязкого флюида (нефть) входная линия дает доступ притоку в добывающую трубу (см., http s: / /www.inflowcontrol.no/about-aicv-old/).Also known is an AICV® valve from Inflow Control, which operates in a manner similar to that of the RCP® valve. The known device includes a single movable element in the form of a disk, which operates on the difference in the viscosity and density of the fluids. The known device has an inlet and outlet connected to the channels. In the case of a low viscosity fluid inflow, the outlet line directs the fluid back into the reservoir, while in the case of a high viscosity fluid (oil) the inlet line allows the inflow into the production pipe (see, http s: / /www.inflowcontrol.no/about-aicv -old/).
Преимуществами известных клапанов иностранных компаний являются: автономный режим работы; простота конструкции; возможность установки на старые скважины; долгосрочное функционирование. Однако известным устройствам марки AICV® и RCP® присущи следующие недостатки: требуется многоразовое внутрискважинное вмешательство для установки устройства вдоль каждой приточной секции скважины; требуется калибровка устройства под каждую индивидуальную скважину перед его установкой; пропускные отверстия имеют малую площадь, что увеличивает риск закупоривания и снижает возможную величину максимизации добычи нефти; конструкция и сборка существенно зависят от значения плотности и вязкости нефти; значительно снижается эффективность в скважинах с повышенной температурой.The advantages of well-known valves of foreign companies are: autonomous operation; simplicity of design; possibility of installation on old wells; long term functioning. However, known AICV® and RCP® devices have the following disadvantages: multiple downhole intervention is required to install the device along each inflow section of the well; calibration of the device for each individual well is required before its installation; the through holes are small in area, which increases the risk of clogging and reduces the possible value of maximizing oil production; design and assembly significantly depend on the value of the density and viscosity of the oil; efficiency is significantly reduced in wells with elevated temperatures.
Указанные выше клапаны иностранных компаний для устройств контроля притока флюида характеризуются схожим принципом действия, основанным на проявлении фазового опережения компонентов, которое зависит от плотности и вязкости пластового флюида. Механическое действие известных устройств основано на природных явлениях динамики пластового флюида, когда более плотная жидкая фаза выталкивает менее плотную, и в которой маловязкая фаза будет более подвижна, чем высоковязкая. Поскольку каждая скважина обладает различными условиями давления, температуры и величиной плотности нефтяной составляющей, то устройства контроля притока, работающие по принципу зависимости от плотности и вязкости флюида, имеют две общих проблемы.The above valves of foreign companies for fluid control devices are characterized by a similar principle of operation based on the manifestation of the phase advance of the components, which depends on the density and viscosity of the reservoir fluid. The mechanical action of known devices is based on the natural phenomena of formation fluid dynamics, when a denser liquid phase pushes a less dense one, and in which a low-viscosity phase will be more mobile than a high-viscosity one. Because each well has different pressure, temperature, and oil density conditions, inflow control devices that operate based on fluid density and viscosity have two common problems.
Первая проблема связана с неполным открытием пропускного отверстия в клапане. Это обусловлено тем, что для каждого месторождения величина плотности отлична, при этом величина вязкости зависит от температуры в скважине, которая в свою очередь зависит от геотермических свойств резервуара. Следовательно, для каждого типа нефтяной компоненты площадь открытия пропускного отверстия будет варьироваться в пределах от частичного открытия до незначительного открытия. Это негативно влияет на нефтепроизводительность скважины, так как неполное открытие пропускного отверстия в клапане неThe first problem is related to the incomplete opening of the orifice in the valve. This is due to the fact that for each field the density is different, while the viscosity depends on the temperature in the well, which in turn depends on the geothermal properties of the reservoir. Therefore, for each type of oil component, the opening area of the orifice will vary from a partial opening to a minor opening. This negatively affects the oil productivity of the well, since the incomplete opening of the through hole in the valve does not
- 3 039574 позволяет максимизировать возможный приток нефти в колонну добывающих труб.- 3 039574 allows to maximize the possible inflow of oil into the production pipe string.
Вторая проблема относится к частичному доступу воды или газа в колонну добывающих труб. Для нефтяных скважин частичное проникновение нежелательного флюида может значительно влиять на их нефтепроизводительность. Так как существующие устройства контроля притока имеют малую площадь пропускного отверстия, дифференциал дренажного давления будет увеличен в каждой отдельной приточной секции скважины, что ускорит прорыв пластовой воды к стенкам скважины. Устройства контроля притока теряют свою эффективность, когда контур пластовой воды существенно замещает контур нефтепритока. В этом случае скважина становится менее рентабильной.The second problem relates to the partial access of water or gas to the production pipe string. For oil wells, partial penetration of undesirable fluid can significantly affect their oil production. Since the existing inflow control devices have a small orifice area, the drainage pressure differential will be increased in each individual inflow section of the well, which will accelerate the breakthrough of formation water to the walls of the well. Inflow control devices lose their effectiveness when the formation water loop substantially replaces the oil inflow loop. In this case, the well becomes less profitable.
По этой причине имеется потребность в разработке конструкции автономного устройства управления многокомпонентным притоком в скважине, которая бы позволила увеличить точность и надежность управления сопротивлением притоку пластового многокомпонентного флюида в скважину.For this reason, there is a need to develop a design for an autonomous device for controlling multicomponent inflow in a well, which would increase the accuracy and reliability of controlling the resistance to the inflow of a reservoir multicomponent fluid into the well.
В рамках данной заявки решается задача разработки такой автономной конструкции электронного устройства управления притоком многокомпонентного флюида в скважину, которая позволила бы увеличить производительность нефтяной скважины путем увеличения точности управления рабочими положениями клапана и, следовательно, падением давления и расходом флюида через клапан при сохранении надежности контроля за поступлением нежелательных компонентов пластового флюида в скважину. Решается также задача снижения зависимости управления величиной площади пропускного отверстия от таких физических свойств пластового флюида, как плотность и вязкость.Within the framework of this application, the task of developing such an autonomous design of an electronic device for controlling the influx of a multicomponent fluid into a well is solved, which would increase the productivity of an oil well by increasing the accuracy of controlling the operating positions of the valve and, consequently, the pressure drop and fluid flow through the valve while maintaining the reliability of control over the flow undesirable formation fluid components into the well. The problem of reducing the dependence of the control of the size of the through hole area on such physical properties of the reservoir fluid as density and viscosity is also being solved.
Поставленная задача решается тем, что автономное электронное устройство управления притоком многокомпонентного флюида из продуктивного пласта в колонну добывающих труб, расположенную в стволе скважины, имеющее пространство для потока пластового флюида и обеспечивающее сообщение по потоку между продуктивным пластом и колонной добывающих труб, содержит базовую трубу и установленные на ней источник электрической энергии, чувствительный элемент, реагирующий на величину электропроводности пластового флюида, микропроцессор, электромагнитный клапан, предназначенный для выборочного ограничения притока пластового флюида через пространство трубы и который имеет двухкамерный корпус с перегородкой, образующей входную камеру и выходную камеру корпуса, где камеры сообщаются между собой с помощью канала в перегородке и где каждая из камер имеет отверстие, при этом канал перегородки расположен напротив отверстия входной камеры, а ось отверстия входной камеры корпуса расположена под углом 90° к оси отверстия выходной камеры, кроме того во входной камере и соосно с ней расположены поршень, снабженный постоянным магнитом, и электромагнит, установленный стационарно напротив постоянного магнита, при этом поршень соединен с корпусом с помощью пружины, позволяющей поршню с магнитом перемещаться линейно-поступательно в направлении, перпендикулярном оси отверстия входной камеры корпуса.The problem is solved by the fact that an autonomous electronic device for controlling the inflow of a multicomponent fluid from a productive formation into a production pipe string located in the wellbore, having space for the formation fluid flow and providing flow communication between the productive formation and the production pipe string, contains a base pipe and installed on it is a source of electrical energy, a sensitive element that responds to the magnitude of the electrical conductivity of the formation fluid, a microprocessor, an electromagnetic valve designed to selectively limit the inflow of formation fluid through the pipe space and which has a two-chamber body with a partition forming an inlet chamber and an outlet chamber of the body, where the chambers communicate between themselves using a channel in the partition and where each of the chambers has an opening, while the partition channel is located opposite the opening of the inlet chamber, and the axis of the opening of the inlet chamber of the housing is located at an angle of 90 ° to the axis of the holes the hole of the outlet chamber, in addition, in the inlet chamber and coaxially with it, there is a piston equipped with a permanent magnet, and an electromagnet installed permanently opposite the permanent magnet, while the piston is connected to the housing by means of a spring, which allows the piston with the magnet to move linearly-translationally in the direction, perpendicular to the axis of the opening of the inlet chamber of the housing.
Предпочтительно, что внутренняя поверхность входной камеры и выходной камеры имеет цилиндрическую форму, а отверстие входной камеры корпуса является входом для потока пластового флюида, а отверстие выходной камеры корпуса является выходом для потока пластового флюида.It is preferable that the inner surface of the inlet chamber and the outlet chamber is cylindrical, and the opening of the inlet chamber of the housing is the inlet for the formation fluid flow, and the opening of the outlet chamber of the body is the outlet for the formation fluid flow.
Кроме того, предпочтительно, что поршень, снабженный постоянным магнитом и соединенный с корпусом электромагнитного клапана с помощью пружины, а также электромагнит, расположенный напротив магнита, установлены во входной камере электромагнитного клапана с возможностью выборочной блокировки или разблокировки указанным поршнем отверстия входной камеры и канала в перегородке в ответ на сигнал чувствительного элемента о величине электропроводности флюида.In addition, it is preferable that a piston equipped with a permanent magnet and connected to the solenoid valve body by means of a spring, as well as an electromagnet located opposite the magnet, are installed in the inlet chamber of the solenoid valve with the possibility of selectively blocking or unlocking the opening of the inlet chamber and the channel in the partition by said piston. in response to a signal from the sensing element about the magnitude of the electrical conductivity of the fluid.
Целесообразно, что поршень электромагнитного клапана установлен во входной камере и соосно с ней с возможностью линейно-поступательного перемещения перпендикулярно оси ее отверстия, тем самым полностью или частично закрывать канал в перегородке и отверстие входной камеры для ограничения притока флюида в ответ на измеренную чувствительным элементом величину электропроводности флюида.It is advisable that the piston of the electromagnetic valve is installed in the inlet chamber and is coaxial with it with the possibility of linear translational movement perpendicular to the axis of its opening, thereby completely or partially closing the channel in the partition and the opening of the inlet chamber to limit the fluid inflow in response to the value of electrical conductivity measured by the sensitive element fluid.
При этом поршень с постоянным магнитом установлен во входной камере электромагнитного клапана с возможностью разблокирования отверстия входной камеры для притока желательного компонента флюида путем предварительного измерения величины электропроводности флюида.At the same time, the piston with a permanent magnet is installed in the inlet chamber of the electromagnetic valve with the possibility of unlocking the opening of the inlet chamber for the inflow of the desired fluid component by preliminary measurement of the electrical conductivity of the fluid.
Предпочтительно, что в качестве источника электрической энергии устройство содержит пьезоэлектрический преобразователь гидравлической энергии потока жидкости в электрическую энергию.Preferably, as a source of electrical energy, the device contains a piezoelectric converter of the hydraulic energy of the fluid flow into electrical energy.
Сущность данного электронного устройства управления притоком многокомпонентного флюида в скважину состоит в особой структуре данного устройства, включающего чувствительный элемент, реагирующий на величину электропроводности пластового флюида, и клапан со встроенным поршнем. В данной конструкции клапана его единственный подвижный элемент - поршень, способен перемещаться линейно-поступательно по вертикальной оси клапана, тем самым, полностью или частично открывать приточную площадь проходного отверстия. Устройство включает также электронную составляющую, которая может быть встроена как в конструкцию самого клапана, так и на отдельный участок колонны добывающих труб.The essence of this electronic device for controlling the influx of a multicomponent fluid into the well lies in the special structure of this device, which includes a sensitive element that responds to the magnitude of the electrical conductivity of the formation fluid, and a valve with an integrated piston. In this design of the valve, its only movable element - the piston, is able to move linearly and progressively along the vertical axis of the valve, thereby fully or partially opening the inlet area of the through hole. The device also includes an electronic component, which can be built into the design of the valve itself, as well as on a separate section of the production pipe string.
Устройство также включает источник электрической энергии, установленный в скважине на базовой трубе и выполненный в виде преобразователя гидравлической энергии потока жидкости в электрическую. В данном устройстве управления притоком его электромагнитный клапан активируется не внеш- 4 039574 ним источником гидравлической энергии, расположенным на поверхности скважины, а происходит электромагнитная активация подвижного элемента клапана - поршня, за счет его особой конструкции, снабженной постоянным магнитом, и источника электрической энергии, расположенного на базовой трубе, которая является частью колонны добывающих труб.The device also includes a source of electrical energy installed in the well on the base pipe and made in the form of a converter of hydraulic energy of the fluid flow into electrical energy. In this inflow control device, its solenoid valve is activated not by an external source of hydraulic energy located on the surface of the well, but by electromagnetic activation of the moving element of the valve - the piston, due to its special design, equipped with a permanent magnet, and the source of electrical energy located on the base pipe, which is part of the production pipe string.
Устройство снабжено чувствительным элементом, который реагирует на электрическую проводимость флюида, принимает аналоговый сигнал о величине электропроводности флюида, а микропроцессор преобразует этот сигнал в цифровой сигнал и управляет величиной площади проходного отверстия в ответ на определение типа пластового флюида по величине электропроводности флюида.The device is equipped with a sensitive element that responds to the electrical conductivity of the fluid, receives an analog signal about the value of the electrical conductivity of the fluid, and the microprocessor converts this signal into a digital signal and controls the area of the through hole in response to determining the type of formation fluid by the value of the fluid electrical conductivity.
Энергией активации источника питания данного устройства управления является гидравлическая энергия потока жидкости, где источником питания устройства служит преобразователь гидравлической энергии в электрическую, предназначенную для питания таких основных узлов устройства управления притоком, как чувствительный элемент, электромагнитный клапан с поршнем, микропроцессор, предназначенный для управления клапаном.The activation energy of the power source of this control device is the hydraulic energy of the fluid flow, where the power source of the device is a converter of hydraulic energy into electrical energy, designed to power such main components of the inflow control device as a sensing element, a solenoid valve with a piston, a microprocessor designed to control the valve.
Данное устройство контроля притока работает электрически, т.к. для изменения величины площади отверстия для притока флюида использует электрическую активацию управления подвижным элементом (поршнем) внутри скважины. Данное устройство контроля использует гидравлическую активацию только для активации источника питания, расположенного в скважине.This inflow control device operates electrically as it to change the size of the hole area for fluid inflow uses electrical activation of the control of the moving element (piston) inside the well. This control device uses hydraulic activation only to activate the power source located in the well.
Устройства контроля притока могут быть использованы по всей длине эксплуатационного участка скважины с целью регулировать неравномерный приток пластового флюида. В зонах пониженного забойного давления устройство контроля притока, установленное вдоль эксплуатационного участка скважины, может автономно регулировать величину падения забойного давления.Influx control devices may be used along the entire length of the production section of the well in order to control uneven influx of formation fluid. In low bottomhole pressure zones, an inflow control device installed along the production section of the well can autonomously control the amount of bottomhole pressure drop.
Сущность данного устройства управления притоком многокомпонентного флюида, выполненного согласно изобретению, поясняется графическим материалом, где фиг. 1 изображает схематично расположение основных узлов устройства управления притоком на базовой трубе;The essence of this device for controlling the inflow of a multicomponent fluid, made according to the invention, is illustrated by graphic material, where Fig. 1 shows schematically the location of the main components of the inflow control device on the base pipe;
фиг. 2 иллюстрирует вертикальное сечение электромагнитного клапана;fig. 2 illustrates a vertical section of a solenoid valve;
фиг. 3 иллюстрирует вид сверху на горизонтальное сечение А-А электромагнитного клапана.fig. 3 illustrates a plan view of a horizontal section A-A of a solenoid valve.
Для пояснения сущности изобретения на чертежах введены следующие обозначения: 1 - чувствительный элемент; 2 - источник электрической энергии; 3 - компенсатор гидравлического давления; 4 электромагнитный клапан; 5 - базовая труба; 6 - песочный фильтр; 7 - защитная труба; 8 - стенка скважины; 9 - нефтенасыщенный коллектор; 10 -отверстие; 11 - корпус электромагнитного клапана; 12 - пружина; 13 - поршень; 14 -постоянный магнит; 15 - отверстие входной камеры; 16 - входная камера; 17 электромагнит; 18 - отверстие выходной камеры; 19 - выходная камера; 20 - канал.To clarify the essence of the invention, the following designations are introduced in the drawings: 1 - sensitive element; 2 - source of electrical energy; 3 - hydraulic pressure compensator; 4 solenoid valve; 5 - base pipe; 6 - sand filter; 7 - protective pipe; 8 - well wall; 9 - oil-saturated reservoir; 10 - hole; 11 - solenoid valve body; 12 - spring; 13 - piston; 14 - permanent magnet; 15 - opening of the inlet chamber; 16 - inlet chamber; 17 electromagnet; 18 - opening of the outlet chamber; 19 - outlet chamber; 20 - channel.
В основе работы данного автономного электронного устройства контроля притока, установленного локально в скважине, лежит принцип управления электрическими сигналами, получаемыми за счёт преобразования энергии потока жидкости в электрическую. Устройство способно работать автономно без участия оператора либо без участия других устройств, установленных на поверхности или в скважине. В то же время электрогидравлический принцип работы данного устройства позволяет ему взаимодействовать с другими электрическими и электрогидравлическими устройствами для создания и поддержания эффективных условий добычи. Данную конструкцию устройства управления притоком можно отнести к умной/smart, так как она соответствует инновационным решениям по контролю добычи нефти за счёт способности автономно вырабатывать в скважине электрический ток и распознавать фазовые компоненты пластового флюида путем измерения электропроводности флюида.The operation of this self-contained electronic inflow control device installed locally in the well is based on the principle of controlling electrical signals obtained by converting the energy of the fluid flow into electrical energy. The device is able to work autonomously without the participation of an operator or without the participation of other devices installed on the surface or in the well. At the same time, the electro-hydraulic principle of operation of this device allows it to interact with other electrical and electro-hydraulic devices to create and maintain efficient production conditions. This design of the inflow control device can be classified as smart, as it corresponds to innovative solutions for controlling oil production due to the ability to autonomously generate electric current in the well and recognize the phase components of the formation fluid by measuring the electrical conductivity of the fluid.
Принцип действия данного устройства контроля притока основан на возможности измерять электрические параметры пластового флюида с помощью чувствительного элемента (сенсора) и микропроцессора и тем самым через электромагнитный клапан балансировать контуры притока нефти, газа или пластовой воды путем регулирования забойного давления.The principle of operation of this inflow control device is based on the ability to measure the electrical parameters of the formation fluid using a sensitive element (sensor) and a microprocessor and thereby balance the oil, gas or formation water inflow circuits through the electromagnetic valve by controlling the bottomhole pressure.
Данное устройство контроля притока относится к гибридному электрогидравлическому типу в виду его следующих особенностей:This inflow control device belongs to the hybrid electro-hydraulic type due to its following features:
благодаря электронной настройке устройство может сообщаться и взаимодействовать с другой рядом стоящей единицей устройства для создания оптимального уровня добычи. Это происходит путём частичного или полного закрытия поршнем приточных площадей пропускаемых отверстий в рядом стоящих клапанах;thanks to the electronic adjustment, the device can communicate and interact with another adjacent unit of the device to create an optimal level of production. This happens by partially or completely closing the supply areas of the inlet holes in adjacent valves with a piston;
обладает измерительной системой, которая способна автономно измерять электропроводность пластового флюида;has a measuring system that is able to autonomously measure the electrical conductivity of the formation fluid;
устройство способно функционировать при риске возможного износа и повреждений, связанных с электрическими, гидравлическими и физическими параметрами измеряемых сред.the device is able to function at the risk of possible wear and damage associated with the electrical, hydraulic and physical parameters of the measured media.
Ниже представлен неограничивающий пример реализации автономного устройства контроля притока многокомпонентного флюида.The following is a non-limiting example of an implementation of a stand-alone multicomponent fluid inflow control device.
Пример.Example.
Автономное электронное устройство управления притоком многокомпонентного флюида из продуктивного пласта в колонну добывающих труб содержит базовую трубу и установленные на ней источ- 5 039574 ник электрической энергии 2, чувствительный элемент 1, реагирующий на величину электропроводности пластового флюида, микропроцессор (на чертеже не показан), а также электромагнитный клапан 4, предназначенный для выборочного ограничения притока пластового флюида через пространство трубы. Клапан имеет двухкамерный корпус 11 с перегородкой, образующей входную камеру 16 и выходную камеру корпуса 19, где камеры сообщаются между собой с помощью канала 20, выполненного в перегородке корпуса 11.An autonomous electronic device for controlling the inflow of a multicomponent fluid from a productive formation into a production pipe string contains a base pipe and a source of electrical energy 2 installed on it, a sensing element 1 that responds to the electrical conductivity of the formation fluid, a microprocessor (not shown in the drawing), and also a solenoid valve 4 designed to selectively limit the inflow of formation fluid through the pipe space. The valve has a two-chamber body 11 with a baffle forming an inlet chamber 16 and an outlet chamber of the body 19, where the chambers communicate with each other through a channel 20 made in the baffle of the body 11.
Данная конструкция автономного электронного устройства контроля притока (без внешнего источника электрической энергии на поверхности) включает электромагнитный клапан 4, снабженный единственным подвижным элементом - поршнем 13, который приводится в движение за счет срабатывания электромагнита 17, что позволяет в ответ на сигнал о величине электропроводности пластового флюида с требуемой точностью полностью открывать канал 20 для желаемого компонента жидкости или закрывать канал 20 для нежелательных компонентов флюида безотносительно к величине плотности и вязкости пластового флюида.This design of an autonomous electronic inflow control device (without an external source of electrical energy on the surface) includes an electromagnetic valve 4, equipped with a single movable element - a piston 13, which is driven by the operation of an electromagnet 17, which allows, in response to a signal about the magnitude of the electrical conductivity of the formation fluid with the required accuracy, completely open the channel 20 for the desired fluid component or close the channel 20 for undesirable fluid components, regardless of the density and viscosity of the formation fluid.
Объект защиты включает базовую трубу 5, имеющую вход и выход, источник электрической энергии, выполненный в виде преобразователя энергии потока жидкости в электрическую энергию, чувствительный элемент, клапан и микропроцессор, где источник питания установлен на наружной поверхности базовой трубы 5 со стороны входа потока флюида. Источник электрической энергии соединен электрически с чувствительным элементом, микропроцессором и электромагнитным клапаном.The object of protection includes a base pipe 5 having an inlet and an outlet, an electrical energy source made in the form of a fluid flow energy converter into electrical energy, a sensitive element, a valve and a microprocessor, where the power source is installed on the outer surface of the base pipe 5 from the side of the fluid flow inlet. The source of electrical energy is electrically connected to the sensing element, the microprocessor and the solenoid valve.
Электромагнитный клапан 4 имеет встроенный в его входную камеру 16 поршень 13 с постоянным магнитом 14, который соединен с корпусом 11 электромагнитного клапана пружиной 12 и может линейно-поступательно перемещаться вдоль вертикальной оси клапана, тем самым, избирательно блокировать или разблокировать отверстие 15 входной камеры 16, т.е. полностью или частично открывать отверстие входной камеры, служащее для входа пластового флюида.The solenoid valve 4 has a piston 13 built into its inlet chamber 16 with a permanent magnet 14, which is connected to the body 11 of the solenoid valve by a spring 12 and can move linearly and progressively along the vertical axis of the valve, thereby selectively blocking or unlocking the opening 15 of the inlet chamber 16, those. fully or partially open the opening of the inlet chamber, which serves to enter the formation fluid.
Электронное устройство контроля притока пластового флюида устанавливается на базовую трубу 5 вместе с микропроцессором, который контролирует работу электромагнита 17 и чувствительного элемента 1. Чувствительный элемент 1 измеряет электрическую проводимость протекающего пластового флюида. Предварительно производится градуировка показаний чувствительного элемента 1 в отношении величины электропроводности компонентов флюида: нефти, воды и газа. В соответствии с измеряемыми показаниями электрической проводимости флюида относительно величины пороговых значений, например, для чистых углеводородов и сухих нефтепродуктов она составляет величину в диапазоне от 3x10’1 см до 2x10’10 см, поршень 13 регулирует величину площади поперечного сечения канала 20: открытое в случае нефтяной компоненты и закрытое в случае нежелательной пластовой воды или газа.An electronic formation fluid inflow control device is installed on the base pipe 5 together with a microprocessor that controls the operation of the electromagnet 17 and the sensing element 1. The sensing element 1 measures the electrical conductivity of the flowing formation fluid. Preliminarily, the readings of the sensitive element 1 are calibrated in relation to the electrical conductivity of the fluid components: oil, water, and gas. In accordance with the measured readings of the electrical conductivity of the fluid relative to the value of the threshold values, for example, for pure hydrocarbons and dry petroleum products, it is in the range from 3x10'1 cm to 2x10'10 cm, the piston 13 regulates the value of the cross-sectional area of the channel 20: open in case oil component and closed in case of unwanted produced water or gas.
Автономное электронное устройство контроля притока многокомпонентных пластовых флюидов работает следующим образом. Под высоким забойным давлением пластовый флюид протекает из нефтенасыщенного коллектора 9 через песочный фильтр 6 на наружную поверхность базовой трубы 5, где установлен источник электрической энергии 2 и чувствительный элемент 1. Чувствительный элемент 1 измеряет электропроводность пластового флюида и передает полученный аналоговый сигнал о величине электропроводности флюида на логическое устройство, выполненное в виде микропроцессора (на чертеже не показано), где распознается компонент жидкости. В случае притока нефти электромагнитный клапан 4 частично либо полностью открыт, а в случае притока нежелательной фазы флюида, электромагнитный клапан 4 полностью закрыт.Autonomous electronic device for controlling the inflow of multicomponent reservoir fluids operates as follows. Under high bottomhole pressure, the formation fluid flows from the oil-saturated reservoir 9 through the sand filter 6 to the outer surface of the base pipe 5, where the electric power source 2 and the sensing element 1 are installed. The sensing element 1 measures the electrical conductivity of the formation fluid and transmits the received analog signal about the value of the electrical a logical device made in the form of a microprocessor (not shown in the drawing), where the liquid component is recognized. In the case of oil inflow, the solenoid valve 4 is partially or fully open, and in the case of an unwanted fluid phase inflow, the solenoid valve 4 is fully closed.
За счёт перепада забойного давления пластовый многокомпонентный флюид движется из нефтенасыщенного коллектора 9 в сторону стенки скважины 8. На внешний участок базовой трубы 5 многокомпонентный флюид протекает через песчаный фильтр 6, который ограничивает попадание гранулированных частиц песка во внутрь оборудования добычи.Due to the bottomhole pressure drop, the reservoir multicomponent fluid moves from the oil-saturated reservoir 9 towards the well wall 8. The multicomponent fluid flows to the outer section of the base pipe 5 through the sand filter 6, which limits the ingress of granular sand particles into the production equipment.
Двигаясь по внешнему участку базовой трубы 5 поток флюида попадает на чувствительный элемент 1, который за счёт измерения разности потенциалов между электродами, находящимися в контакте с пластовым флюидом, определяет его электрическую проводимость. Микропроцессор преобразует полученный чувствительным элементом 1 аналоговый электрический сигнал о величине электропроводности флюида в цифровой сигнал, величина которого сравнивается с заранее установленными пороговыми значениями электропроводности компонентов флюида, каждое из которых соответствует определённой предварительно заданной величине электропроводности компонента флюида на градуировочной кривой. Поток флюида направляется в сторону источника электрической энергии 2, который преобразует гидравлическую энергию потока в электрическую и за счёт которой питает чувствительный элемент 1, микропроцессор и электромагнитный клапан 4. В случае потока, желательного для добычи компонента пластового флюида, электромагнитный клапан 4 открыт, что обеспечит проход потока флюида во внутретрубное пространство добывающей трубы и выход потока из скважины на поверхность. В случае потока, нежелательного для добычи фазового компонента, электромагнитный клапан 4 будет закрыт, что ограничит попадание нежелательного компонента во внутретрубное пространство добывающей трубы. В таком случае поток флюида будет выходить обратно в нефтенасыщщеный коллектор 9 через отверстие 10, выполненное в защитной трубе 7.Moving along the outer section of the base pipe 5, the fluid flow enters the sensitive element 1, which, by measuring the potential difference between the electrodes in contact with the formation fluid, determines its electrical conductivity. The microprocessor converts the analog electrical signal received by the sensitive element 1 about the fluid electrical conductivity value into a digital signal, the value of which is compared with pre-set threshold electrical conductivity values of the fluid components, each of which corresponds to a certain pre-set fluid component electrical conductivity value on the calibration curve. The fluid flow is directed towards the source of electrical energy 2, which converts the hydraulic energy of the flow into electrical energy and, due to which, feeds the sensitive element 1, the microprocessor and the solenoid valve 4. passage of the fluid flow into the annulus of the production pipe and exit of the flow from the well to the surface. In the case of a flow that is undesirable for the production of a phase component, the electromagnetic valve 4 will be closed, which will limit the ingress of an undesirable component into the inside of the production pipe. In this case, the fluid flow will return to the oil-saturated reservoir 9 through the hole 10 made in the protective pipe 7.
- 6 039574- 6 039574
Данная конструкция устройства управления притоком обеспечивает значительное увеличение нефтепроизводительности скважины, поскольку доступ воды или газа в колонну добывающих труб может быть полностью перекрыт благодаря электромагнитному принципу работы клапана, входящего в структуру устройства управления притоком. Притягиваясь к электромагниту 17, подвижный элемент - поршень 13, полностью закрывает канал 20 между входной камерой 16 и выходной камерой 19.This design of the inflow control device provides a significant increase in the oil productivity of the well, since the access of water or gas to the production pipe string can be completely blocked due to the electromagnetic principle of operation of the valve included in the structure of the inflow control device. Attracted to the electromagnet 17, the movable element - the piston 13, completely closes the channel 20 between the inlet chamber 16 and the outlet chamber 19.
Данное электронное устройство управления притоком многокомпонентного флюида в скважину позволяет предотвратить проникновение пластовой воды и газа во внутреннее пространство колонны добывающих труб и позволяет увеличить добычу нефти, а также обеспечивает поддержание оптимального значения давления вдоль стенок скважины. Выполнение таких операций может осуществляться путём регулирования забойного давления скважины за счёт полного или частичного закрытия соединительного канала электромагнитного клапана, входящего в структуру устройства управления притоком. Кроме того, для улучшения состояния системы добычи нефти данное устройство контроля притока может быть многократно установлено на участки эксплуатационной колонны вдоль стенок скважины.This electronic device for controlling the inflow of a multicomponent fluid into the well prevents the penetration of formation water and gas into the interior of the production pipe string and allows increasing oil production, as well as maintaining the optimal pressure value along the walls of the well. Such operations can be carried out by regulating the bottomhole pressure of the well by completely or partially closing the connecting channel of the electromagnetic valve, which is part of the structure of the inflow control device. In addition, to improve the condition of the oil production system, this inflow control device can be repeatedly installed on sections of the production string along the walls of the well.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EA201900434A EA039574B1 (en) | 2019-09-06 | 2019-09-06 | Autonomous electronic device for control of multicomponent fluid inflow |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EA201900434A EA039574B1 (en) | 2019-09-06 | 2019-09-06 | Autonomous electronic device for control of multicomponent fluid inflow |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA201900434A1 EA201900434A1 (en) | 2021-03-31 |
EA039574B1 true EA039574B1 (en) | 2022-02-11 |
Family
ID=75262195
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EA201900434A EA039574B1 (en) | 2019-09-06 | 2019-09-06 | Autonomous electronic device for control of multicomponent fluid inflow |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
EA (1) | EA039574B1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2024035263A1 (en) * | 2022-08-12 | 2024-02-15 | Equinor Energy As | Inflow control device |
WO2024248673A1 (en) * | 2023-05-26 | 2024-12-05 | Общество с ограниченной ответственностью "НЕОВЭЛЛ" (ООО "НЕОВЭЛЛ") | Downhole electric valve |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2610404B (en) * | 2021-09-02 | 2023-09-13 | Equinor Energy As | Electronic inflow control device |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2012138957A (en) * | 2010-02-12 | 2014-03-20 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | AUTONOMOUS BOREHOOD FLOW REGULATOR AND WAYS OF ITS USE |
RU2558083C1 (en) * | 2014-01-17 | 2015-07-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ВОРМХОЛС" | Self-contained unit of fluid flow control in horizontal well |
US20150376980A1 (en) * | 2013-12-17 | 2015-12-31 | Halliburton Energy Services, Inc. | Internal adjustments to autonomous inflow control devices |
US20160230509A1 (en) * | 2013-11-11 | 2016-08-11 | Halliburton Energy Services, Inc. | Internal adjustments to autonomous inflow control devices |
-
2019
- 2019-09-06 EA EA201900434A patent/EA039574B1/en unknown
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2012138957A (en) * | 2010-02-12 | 2014-03-20 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | AUTONOMOUS BOREHOOD FLOW REGULATOR AND WAYS OF ITS USE |
US20160230509A1 (en) * | 2013-11-11 | 2016-08-11 | Halliburton Energy Services, Inc. | Internal adjustments to autonomous inflow control devices |
US20150376980A1 (en) * | 2013-12-17 | 2015-12-31 | Halliburton Energy Services, Inc. | Internal adjustments to autonomous inflow control devices |
RU2558083C1 (en) * | 2014-01-17 | 2015-07-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ВОРМХОЛС" | Self-contained unit of fluid flow control in horizontal well |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2024035263A1 (en) * | 2022-08-12 | 2024-02-15 | Equinor Energy As | Inflow control device |
WO2024248673A1 (en) * | 2023-05-26 | 2024-12-05 | Общество с ограниченной ответственностью "НЕОВЭЛЛ" (ООО "НЕОВЭЛЛ") | Downhole electric valve |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EA201900434A1 (en) | 2021-03-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20230243238A1 (en) | Fluid Control System | |
EP3194714B1 (en) | Autonomous flow control system and methodology | |
US11353895B2 (en) | Density-based autonomous flow control device | |
CA2668474C (en) | An apparatus for creating pressure pulses in the fluid of a bore hole | |
US6786285B2 (en) | Flow control regulation method and apparatus | |
US10145223B2 (en) | Autonomous flow control system and methodology | |
CA2996965C (en) | Downhole fluid flow control system and method having autonomous flow control | |
US8590630B2 (en) | System and method for controlling the flow of fluid in branched wells | |
EA039574B1 (en) | Autonomous electronic device for control of multicomponent fluid inflow | |
US11131161B2 (en) | Shuttle valve for autonomous fluid flow device | |
US20160053573A1 (en) | Downhole tool consistent fluid control | |
US9683427B2 (en) | Activation devices operable based on oil-water content in formation fluids | |
US20250012170A1 (en) | Autonomous Flow Control Systems having Bypass Functionality | |
US11680470B2 (en) | Flow control system | |
US20220195841A1 (en) | Density constant flow device using a changing overlap distance | |
EA042421B1 (en) | FLOW REGULATOR AND CORRESPONDING METHOD |