РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН

(19) KZ (13) B (11) 28396

(51) E21B 33/03 (2006.01) E21B 34/02 (2006.01) E21B 43/12 (2006.01)

КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ (21) 2011/1536.1 (22) 05.10.2009 (45) 15.04.2014, бюл. №4 (31) MI2008A001770 (32) 07.10.2008 (33) IT (85) 03.05.2011 (86) PCT/EP2009/007275, 05.10.2009 (72) РОТА, Витторио (IT); ДИ ЛУЛЛО, Альберто, Джулио (IT) (73) ЭНИ С.п.А. (IT) (74) Тагбергенова Модангуль Маруповна; Тагбергенова Алма Таишевна; Касабекова Найля Ертисовна (56) US 2006/0124881 A1, 15.06.2006 US 4540022 A, 10.09.1985 US 5618022 A, 08.04.1997 (54) КЛАПАННАЯ СИСТЕМА УСТЬЯ СКВАЖИНЫ ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОТОКА С ИНТЕГРИРОВАННОЙ СПОСОБНОСТЬЮ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ МНОГОФАЗНОГО ПОТОКА (57) Настоящее изобретение относится к клапанной системе устья скважины для регулирования потока, например, углеводородов, включающей гидравлический регулирующий клапан (10) для открытия устья скважины, состоящий из корпуса

клапана (11) с входным отверстием (12) и выходным отверстием (13), снабженного трубами (14, 15) для прохода потока (F) флюидов, вставленными между входным отверстием (12) и выходным отверстием (13), являющимися регулируемым дросселем (16); привод (24), приспособленный управлять открытием и закрытием клапана (10), в котором привод (24) приводит в действие средства открытия и закрытия (20) регулируемого дросселя (16); и устройство для определения положения объекта (17), приспособленное для определения степени открытия регулируемого дросселя (16), отличающейся тем, что устройство для определения положения объекта (17) составляет одно целое со средствами открытия и закрытия (20) регулируемого дросселя (16).

Благодаря точным измерениям, выполненным устройство для определения положения объекта (17), можно точно и мгновенно определить значение скорости однофазного и/или двухфазного потока газ/жидкость, на основе данных, определенных множеством датчиков параметров жидкости и/или потока (22, 23), включая датчики давления (22) и температурные датчики (23), предпочтительно составляет одно целое с корпусом клапана (11).

(19) K

Z (1

3) B

(11) 28

396

28396

2

Настоящее изобретение относится к клапанной системе устья скважины для регулирования потока, например, углеводородов, также называемой штуцерной клапанной системой устья скважины, с интегрированной способностью измерения скорости многофазного потока. В области извлечения флюидов, в частности углеводородов, таких как нефть или природный газ, устье скважины является частью скважины на поверхности и включает ряд регулирующих (распределительных) клапанов, используемых для направления и регулирования потока флюидов, выводимых или поступающих в скважину, и предохранительные клапаны для предотвращения неконтролируемого выброса нефти или газа в окружающую среду.

Когда скважина находится в режиме, при котором она может производить нефть или газ, клапаны устья скважины соответственно открыты, и флюиды выводятся через трубопровод, по которому они транспортируются в группу промысловых резервуаров, или на платформу или судно-хранилище, в случае подводной морской скважины.

В настоящее время на рынке существуют клапаны или клапанные системы, которые используются в устье скважины, и которые позволяют регулировать расход потока углеводородов.

Однако известные в настоящее время клапанные системы не предусматривают измерение расхода и поэтому, чтобы выполнить такое измерение, необходимо использовать подходящие устройства измерения расхода.

На существующих нефтедобывающих установках устройства измерения расхода в основном распределены между множеством скважин из-за проблем, связанных с техническими габаритами, или того, что они могут быть установлены только путем изменения конструкции трубопроводов, находящихся ниже устья скважины.

Альтернативно, можно установить временные устройства измерения расхода снаружи и параллельно существующей нефтедобывающей установке, которые размещают ниже устья скважины во время специальных, отдельно осуществляемых измерительных мероприятий.

Такая операция по установке измерительного оборудования, помимо необходимости получения специального разрешения и достижения определенных условий, является также длительной и дорогостоящей.

Такие клапаны или клапанные системы, по способу изменения степени открытия клапана соразмерно регулированию потока при применении на суше, приводятся в действие главным образом вручную оператором.

Существуют клапаны или клапанные системы, которые управляются удаленно через подходящие приводы, приводимые в действие в зависимости от производственных потребностей и данных расхода. Такие клапаны или клапанные системы используются в основном только в недоступных местах, таких как подводные морские устья скважин

или работающие без обслуживающего персонала участки.

Кроме того, в устье скважины желательно использовать клапанные системы, которые могут осуществлять быстрые переходы между степенями его открытия, для того чтобы иметь возможность выполнить специфические испытания установки, например, путем вызывания мгновенных изменений расхода.

Однако используемые в настоящее время традиционные клапанные системы не обеспечивают высокую скорость маневрирования, достаточную для выполнения таких испытаний, как например, выполнение операции открытия или закрытия за менее чем одну секунду.

С другой стороны, клапанные системы, которые достаточно быстро выполняют подобные операции, имеют такие механические разрешения, которые не позволяют достаточно точно определить произведенный переход.

Поэтому, регулирование, выполненное посредством таких клапанных систем, не позволяет достичь высокой степени точности для точного регулирования потока.

В случае использования известных в настоящее время клапанных систем, нужно пойти на компромисс между высокой скоростью реакции клапана и хорошим уровнем точности.

Цель настоящего изобретения состоит в преодолении вышеупомянутых недостатков и, в частности, в разработке клапанной системы устья скважины для регулирования потока, которая позволяет быстрое и точное регулирование расхода выводимых или поступающих в скважину флюидов.

Следующая цель настоящего изобретения состоит в создании клапанной системы устья скважины, которая способна измерить мгновенную скорость многофазного потока.

Еще одна цель настоящего изобретения состоит в обеспечении клапанной системы устья скважины, которая позволяет выполнять быстрый переход в положение открытие и/или закрытие при поддержании высокой точности по отношению к ее собственной существующей степени мгновенного открытия.

Последняя, но не менее значимая цель настоящего изобретения состоит в создании клапанной системы устья скважины, которая может быть программируемой и может работать полностью автоматически.

Эти и другие цели согласно настоящему изобретению достигаются конструкцией клапанной системы устья скважины, описанной в общих чертах в пункте 1 формулы изобретения.

Дальнейшие характеристики клапанной системы устья скважины раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.

Характеристики и преимущества клапанной системы устья скважины согласно настоящему изобретению поясняются ниже на примере выполнения изобретения, который не должен рассматриваться как ограничивающий изобретение,

28396

3

со ссылкой на приложенные схематические чертежи, на которых:

Фиг.1 - общий вид гидравлического клапана, используемого в клапанной системе устья скважины согласно настоящему изобретению;

Фиг.2 - вид в разрезе клапанной системы устья скважины соответственно изображению на фиг.1.

На фигурах показана клапанная система устья скважины, которая в целом обозначена цифрой 100.

Клапанная система 100 устья скважины включает гидравлический регулирующий клапан 10, отрегулированный открываться и закрываться приводом 24, который в свою очередь приводится в действие в ручную командами оператора, или предпочтительно, автоматически логическими устройствами управления 25, которые обрабатывают соответствующий сигнал управления, основанный, среди прочего, на значениях, зарегистрированных устройством для определения положения объекта 17, показывающих степень открытия клапана 10. Гидравлический регулирующий клапан 10 включает корпус 11 клапана, снабженный входным отверстием 12 и выходным отверстием 13, через которые, если клапан 10 находится в, по меньшей мере, частично открытом положении, жидкости, например, углеводороды, перекачиваются по направлению потока, обозначенному стрелкой F на фиг.2.

У входного отверстия 12 и выходного отверстия 13 корпуса 11 клапана находятся первый и второй фланцы 11а и11b.

Между входным отверстием 12 и выходным отверстием 13 вставляется регулируемый дроссель 16.

В предпочтительном иллюстрированном воплощении входное отверстие 12 и выходное отверстие 13 находятся на перпендикулярных по отношению друг к другу плоскостях и соответствуют концам "L''-образной трубы, то есть, находятся на концах двух трубчатых частей 14, 15, которые перпендикулярны друг другу.

Регулируемый дроссель 16 размещается в прямоугольном колене "L''-образной трубы.

Чтобы установить степень открытия клапана 10, привод 24 управляет регулируемым дросселем 16, в частности, приведением в действие средств открытия и закрытия 20 регулируемого дросселя 16.

В предпочтительной случае регулируемый дроссель 16 является элементом с дисками, включающим первый неподвижный диск 18, снабженный отверстием (не показано), и второй подвижный диск 19, также снабженный отверстием (не показано).

Подвижный диск 19 составляет одно целое со штоком 20, который вращается приводом 24.

Таким образом, вращение штока также поворачивает подвижный диск 19 так, что изменяется степень перекрывания поверхностей отверстий этих двух дисков 18, 19.

Таким путем получают изменение степени открытия клапана 10.

Согласно настоящему изобретению, устройство для определения положения объекта 17, такое как,

например кодирующее устройство, составляет одно целое со средствами открытия и закрытия 20 регулируемого дросселя 16 для того, чтобы определить точную степень открытия указанного регулируемого дросселя 16 и соответственно клапана 10.

В иллюстрированном воплощении устройство для определения положения объекта 17 составляет одно целое со штоком 20 подвижного диска 19, соответственно определяющим точное положение набора, состоящего из подвижного диска 19 и штока 20, и поэтому точное относительно друг друга положение отверстий этих двух неподвижного и подвижного дисков 18, 19.

По относительному положению отверстий этих двух дисков 18, 19 можно точно вычислить степень перекрывания соответствующих отверстий.

Таким образом, управление положением набора 19, 20 полностью не зависит от возможных механических зазоров, которые могут оказывать влияние на привод 24, так как регулирование самого привода 24 не зависит от таких механических зазоров.

Клапанная система 100 устья скважины согласно настоящему изобретению может таким образом выполнить быстрые переходы, не оказывая влияние на точность степени открытия непосредственно клапана 10.

Кроме того, благодаря точным измерениям, выполненным устройством для определения положения объекта 17, логические устройства управления 26 в состоянии точно и мгновенно определить значение скорости однофазного и/или двухфазного потока газ/жидкость, исходя из данных, измеренных множеством датчиков параметров жидкости и/или потока 22, 23, включая, по крайней мере, датчики давления 22 и температурные датчики 23.

Таким образом, открытие и закрытие гидравлического клапана 10 могут быть лучше приспособлены к потребностям производства, основываясь на расчетных значениях скорости потока.

Предпочтительно, используют датчики давления 22, которые работают с частотой замеров, более или равной 100 образцам в секунду, и температурные датчики 23, которые работают с частотой замеров, которая более или равна одному образцу в секунду. Это позволяет точно обнаружить и записать результат быстрых переходов между степенями открытия регулируемого дросселя 16.

В предпочтительном варианте датчики параметров жидкости и/или потока 22, 23 составляют одно целое с корпусом 11 клапана гидравлического регулирующего клапана 10 и размещаются выше и ниже регулируемого дросселя 16 относительно направления потока F.

В частности такие датчики параметров жидкости и/или потока 22, 23 ограничены первым и вторым фланцами 11а, 11b корпуса 11 клапана.

Таким образом, измерения давления, температуры и степени открытия клапана, а также следом рассчитанные значения скорости

28396

4

однофазного и/или двухфазного потока газ/жидкость становятся известны абсолютно одновременно, таким образом исключается разность во времени, имеющая место при получении этих данных использованием обычных скважинных систем измерения и управления.

Кроме того, способность клапанной системы устья скважины определять скорость однофазного и/или двухфазного потока газ/жидкость позволяет каждой скважине иметь полный набор измерений, и таким образом избежать необходимости установки дополнительных приборов в приемлемых местах трубопровода.

А также, поскольку клапан устья скважины является заменяемым компонентом, нет необходимости в постоянных модификациях установки на поверхности. Клапанная система настоящего изобретения позволяет также обеспечить даже уже действующие установки постоянной способностью измерять параметры жидкости и/или потока, где такого рода измерения первоначально не предусматривались.

Предпочтительно, клапанная система 100 устья скважины дополнительно включает приборы для измерения концентрации воды 21 в жидком состоянии, также называемые счетчиками содержания воды в пластовой жидкости, составляющие одно целое с корпусом 11 клапана, размещаемые выше и/или ниже регулируемого дросселя 16 относительно направления потока F.

Таким образом клапанная система 100 устья скважины также в состоянии определить количество воды в жидких углеводородах, которые перекачивает клапан 10, поэтому она может также определить расход по трем направлениям, то есть установить скорости потока отдельных разных жидких фаз (например, пар/углеводород/вода).

Также, использование логических устройств управления 25 в клапанной системе 100 согласно настоящему изобретению позволяет запрограммировать операции клапанной системы 100, подобно например, программированию автоматической операции по очистке регулируемого дросселя.

Такая операция может быть повторена в предопределенных интервалах или когда наблюдаются аномальные изменения в скоростях потока, которые в состоянии обнаружить клапанная система 100 устья скважины согласно настоящему изобретению, например, внезапное увеличение скорости потока выше регулируемого дросселя 16.

Таким образом из приведенного описания должны быть ясны характеристики клапанной системы - объекта настоящего изобретения, а также ее относительные преимущества.

Кроме того очевидно, что таким образом разработанная клапанная система может подвергаться многочисленным модификациям и вариантам, подпадающим под раскрытие изобретения; кроме того все детали могут быть заменены технически эквивалентными элементами.

Используемые на практике материалы, а также размеры, могут быть любыми соответственно техническим требования.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Клапанная система (100) устья скважины,

включающая гидравлический регулирующий клапан (10) для

открытия устья скважины, состоящий из корпуса (11) клапана, снабженного трубами (14, 15) для прохода потока (F) жидкостей, имеющего входное отверстие (12) и выходное отверстие (13), регулируемого дросселя (16), вставленного между входным отверстием (12) и выходным отверстием (13);

привод (24), отрегулированный закрывать и открывать клапан (10), и который приводит в действие средства открытия и закрытия (20) регулируемого дросселя (16);

устройство для определения положения объекта (17), приспособленное для определения степеней открытия регулируемого дросселя (16), отличающаяся тем, что устройство для определения положения объекта (17) составляет одно целое со средствами открытия и закрытия (20) регулируемого дросселя (16); и система включает

множество датчиков параметров жидкости и/или потока (22, 23), составляющих одно целое с корпусом (11) клапана.

2. Клапанная система (100) устья скважины по п.1, отличающаяся тем, что множество датчиков параметров жидкости и/или потока (22, 23) размещено выше и ниже регулируемого дросселя (16) относительно направления потока (F).

3. Клапанная система (100) устья скважины по п.1 или 2, отличающаяся тем, что корпус клапана включает первый фланец (11а), размещенный у входного отверстия (12), и второй фланец (11b), размещенный у выходного отверстия (13), и множество датчиков параметров жидкости и/или потока (22, 23) ограничены указанными фланцами (11a, 11b).

4. Клапанная система (100) устья скважины по одному из п.п. 1-3, отличающаяся тем, что множество датчиков параметров жидкости и/или потока (22, 23) включает, по крайней мере, датчики давления (22) и/или температурные датчики (23).

5. Клапанная система (100) устья скважины по п.4, отличающаяся тем, что датчики давления (22) имеют частоту замеров, более или равную 100 образцам в секунду, и температурные датчики (23) имеют частоту замеров, более или равную одному образцу в секунду.

6. Клапанная система (100) устья скважины по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что включает средства (25) для управления клапаном (10), приспособленные управлять указанным приводом (24), по крайней мере, согласно данным, определенным множеством датчиков параметров жидкости и/или потока (22, 23), и данным, измеренным устройством для определения положения объекта (17).

28396

5

7. Клапанная система (100) устья скважины по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что включает, по крайней мере, один прибор (21) для измерения концентрации воды в жидком состоянии, составляющий одно целое с корпусом (11) клапана.

8. Клапанная система (100) устья скважины по п.7, отличающаяся тем, что, по крайней мере, один прибор (21) для измерения концентрации воды в жидком состоянии установлен выше и/или ниже регулируемого дросселя (16) относительно направления потока (F).

9. Клапанная система (100) устья скважины по п.7 или 8, отличающаяся тем, что по крайней мере один прибор (21) для измерения концентрации воды в жидком состоянии ограничен фланцем (11а, 11b) корпуса (11) клапана.

10. Клапанная система (100) устья скважины по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что трубы (14, 15) являются L - образными.

11. Клапанная система (100) устья скважины по п.10, отличающаяся тем, что регулируемый

дроссель (16) установлен в коленчатом соединении L -образной трубы (14, 15).

12. Клапанная система (100) устья скважины по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что регулируемый дроссель (16) является элементом с дисками, включающим первый неподвижный диск (18), снабженный первым отверстием, и второй подвижный диск (19), снабженный вторым отверстием, степень открытия регулируемого дросселя (16) с дисками определяется степенью перекрывания первого и второго отверстий.

13. Клапанная система (100) устья скважины по п.12, отличающаяся тем, что второй подвижный диск (19) составляет одно целое со штоком (20), вращаемого приводом (24).

14. Клапанная система (100) устья скважины по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что устройство для определения положения объекта (17) является кодирующим устройством.

28396

Верстка А. Сарсекеева Корректор Р.Шалабаев