СКВАЖИННЫЙ КЛАПАН-ОТСЕКАТЕЛЬ Российский патент 1998 года по МПК E21B34/06 

Изобретение относится к нефтяной промышленности, а именно к устройствам, предназначенным для применения в эксплуатации нефтяных и газовых скважин, и может быть использовано для герметичного перекрытия ствола при производстве ремонтных работ.

Известен клапан-отсекатель [1], состоящий из корпуса, золотника, пружины и управляемый при помощи груза, сбрасываемого с устья специальным механизмом.

Однако известный клапан является недостаточно надежным.

Цель изобретения - надежное перекрытие проходного отверстия скважины при производстве ремонтных работ.

Указанная цель достигается за счет того, что управление клапаном осуществляется за счет создания в надклапанном пространстве избыточного давления управления, золотник имеет возможность фиксироваться в положениях "Открыто" и "Закрыто", а жидкость с абразивными частицами при истечении через запорный орган не воздействует на него.

На фиг. 1 изображен клапан-отсекатель в положении "Открыто", на фиг. 2 - в положении "Закрыто"
Скважинный клапан-отсекатель состоит из корпуса 1 с упором 2, золотника 3 с упорным буртом 4, уплотнительного торроидальной формы элемента 5, размещенного в полости A, образованной поверхностями корпуса и золотника. Сверху на золотнике 3 размещен обратный клапан 6 и присоединительный элемент извлечения 7. В нижней части золотник имеет быстроразъемное соединение 8, состоящее из шариков 9 и пружины 10. С помощью шарнирного соединения 11 золотник 3 соединен с узлом фиксации 12. Узел фиксации заполнен маслом и имеет средоразделители 13. Золотник 3 поджимается вверх с помощью возвратной пружины 14. Цилиндрические поверхности рабочей полости A могут выполняться как гладким, так и с зубчатым профилем, такое же исполнение может иметь и уплотнительный элемент.

Работа клапана-отсекателя осуществляется следующим образом.

Клапан-отсекатель устанавливают при помощи пакера в обсадной колонне ниже нефтяного насоса и выше зоны перфорации в открытом состоянии и скважину запускают в работу обычным способом. При этом золотник 3 и уплотнительный элемент 5 удерживаются с помощью узла фиксации 12 в нижнем положении. Каналы золотника 3 открыты и флюид, приподнимая обратный клапан 6, проходит к устью скважины. В этом случае уплотнительный элемент 5 ввиду малого перепада давления удерживается в нижнем положении за счет либо сил трения о стенки, либо за счет зубчатого соединения в парах корпус-уплотнение-золотник.

При возникновении необходимости перекрытия ствола скважины, например при замене насоса, в затрубном пространстве создают определенное давление, равное сумме избыточного давления затрубного пространства и расчетного давления управления. При этом обратный клапан 6 золотника 3 закрывается, а сам золотник в начальный период перемещается вниз, взаимодействуя с узлом фиксации 12 через шарнирное соединение 11 и сжимая возвратную пружину 14, а затем при снятии давление на устье до P = 0 вверх под действием пластового давления и усилия возвратной пружины 14, и фиксируется в крайнем верхнем положении, при котором радиальные отверстия золотника и зазоры между корпусом и золотником оказываются перекрытыми уплотнительным элементом 5. Причем при движении золотника 3 уплотнительный элемент 5 перемещается в полости A по поверхностям корпуса 1 и золотника 3 без скольжения за счет торроидальной формы последнего и сил трения, а также зубчатого профиля поверхности при данном исполнении. Клапан закрыт.

Технологические операции подземного ремонта включают в себя замещение нефти водой. С этой целью в скважину закачивают под давлением воду. Работа механизма фиксации 12 в этом случае заключается в том, что на определенное число циклов поднятия давлений управления в надклапанном пространстве он оставляет золотник 3 в верхнем положении, в положении "Закрыто". Количество циклов замещения нефти водой учитывается с целью недопущения несанкционированного открытия клапана.

Для перевода клапана в положение "Открыто" по окончании ремонтных работ создают определенное количество циклов давления управления в затрубном пространстве. При этом обратный клапан 6 поддерживает необходимое давление управления, золотник 3 перемещается вниз, его радиальные отверстия оказываются открытыми, а узел фиксации 12 закрепляет его в положении "Открыто" и при снижении давления управления нефть из скважины, приподнимая обратный клапан 6, поступает на устье скважины. При этом усилия перепада давления и возвратной пружины компенсируются усилиями пружины 10 в быстроразъемном соединении 8. Клапан открыт.

В аварийных случаях, например при нарушении герметичности устьевой арматуры, работа клапана происходит следующим образом.

При расходе флюида большем допустимого расчетного для данного типа клапана перепад давления на золотнике приводит к возникновению направленного вверх усилия, превышающего расчетные усилия в быстрораъемном соединении. Пружина 10 сжимается, шарики 9 утапливаются и золотник 3 под действием работы пласта и возвратной пружины 14 перемещается в крайнее верхнее положение, при котором уплотнительный элемент 5 оказывается зажатым между упорами корпуса и золотника. Клапан закрыт, но кинематически связь между золотником 3 и узлом фиксации 12 не нарушена за счет того, что хвостовик механизма фиксации 12 находится в теле золотника. После устранения последствий аварии и восстановления герметичности устьевой арматуры создают давление в затрубном пространстве. Золотник 3 перемещается вниз, происходит восстановление быстроразъемного соединения и клапан-отсекатель готов к выполнению заданных функций в нормальном режиме. В этих условиях усилие между золотником и узлом фиксации передается по их торцевым поверхностям, а быстроразъемное соединение нагрузок не несет.

В необходимых случаях глушение скважины производят непосредственно через золотник 3 после отсоединения обратного клапана 6 за счет присоединительного элемента 7.

Использование: в нефтяной промышленности, а именно в устройствах для перекрытия ствола скважины при производстве ремонтных работ. Обеспечивает надежное перекрытие проходного отверстия скважины при производстве ремонтных работ. Сущность изобретения: устройство имеет корпус. В нем помещен золотник с центральным каналом, открытым сверху, и радиальными отверстиями. При этом корпус выполнен с упором. Золотник в нижней части имеет упорный бурт. Золотник и корпус образуют кольцевую полость. В ней размещен уплотнительный элемент. Он имеет торроидальную форму и возможность перемещения без скольжения относительно корпуса и золотника. Золотник имеет обратный клапан. Он размещен в его центральном канале и связан через быстроразъемное соединение с узлом фиксации. Этот узел жестко закреплен в корпусе и выполнен с возможностью его фиксации в положении "Открыто" или "Закрыто" при различных режимах создания управляющего давления. 4 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Скважинный клапан-отсекатель, включающий корпус, помещенный в нем золотник с центральным каналом, открытым сверху, радиальными отверстиями, выполненными на определенном расстоянии от его нижнего торца, и механизм управления, отличающийся тем, что корпус выполнен с упором, а золотник в нижней части с упорным буртом и образуют между собой полость, в которой размещен уплотнительный элемент торроидальной формы с возможностью его перемещения без скольжения относительно поверхности корпуса и золотника при осевых перемещениях последнего и герметичного перекрытия его проходного сечения, при этом золотник имеет обратный клапан, размещенный в его центральном канале, связан через быстроразъемное соединение с узлом фиксации, жестко закрепленным в корпусе, и выполнен с возможностью его фиксации в положении "Открыто" при разовом создании управляющего давления, а в положении "Закрыто" при одноразовом и многоразовом создании управляющего давления. 2. Клапан-отсекатель по п.1, отличающийся тем, что узел фиксации имеет внутреннюю полость, заполненную маслом, средоразделители и возвратную пружину. 3. Клапан-отсекатель по п.1, отличающийся тем, что золотник имеет в верхней части присоединительный элемент для извлечения обратного клапана. 4. Клапан-отсекатель по п.1, отличающийся тем, что золотник имеет шарнирное соединение с узлом фиксации. 5. Клапан-отсекатель по п.1, отличающийся тем, что поверхности корпуса и золотника, образующие полость, и поверхность уплотнительного элемента имеют зубчатый профиль.