СКВАЖИННЫЙ КЛАПАН-ОТСЕКАТЕЛЬ Российский патент 2004 года по МПК E21B34/10 B65G5/00 

Предлагаемое техническое решение относится к области эксплуатации подземных хранилищ газообразных и жидких углеводородов и предназначено для предотвращения выброса в атмосферу продуктов хранения при разгерметизации устья скважины.

Устройство может быть использовано в нефтяной, газовой, химической и нефтеперерабатывающей промышленности для перекрытия межтрубного и трубного пространств технологической скважины.

Известно устройство клапана-отсекателя для газовой скважины, содержащее корпус с осевым каналом и седлом. Запорный орган клапана выполнен в виде подпружиненной тарельчатой заслонки с узлом управления, включающим трехступенчатый поршень с осевым каналом, образующий с корпусом последовательно размещенные и гидравлически связанные между собой кольцевую и следящую камеры, герметизирующей втулкой с осевыми и продольными каналами, связанными с кольцевой камерой /Патент РФ № 1694862, МПК Е 21 В 33/12, опубл. 1991 г./.

Недостатками этого устройства являются: отсутствие надежного автоматического перекрытия лифтовой колонны в широком диапазоне изменений рабочего давления и производительности отбора газа, перекрытие только лифтовой колонны труб.

Известно также устройство клапана-отсекателя для газовой скважины, содержащее корпус с неподвижным поршнем, смонтированный на центральной колонне труб, подвижный затвор, образующий с корпусом герметичную рабочую полость, гидравлически связанную каналом с системой управления, размещенной на поверхности земли, буксу пакера с седлом в нижней части, установленную на центральной колонне труб /Авторское свидетельство СССР № 450878, МПК Е 21 В 33/12, опубл. 1974 г.

Недостатками этого устройства являются незащищенность центральной колонны труб от выброса продукта, необходимость создания больших усилий для герметизации буксы пакера, возможность выхода из строя уплотнительных элементов пакера при спуске в скважину по необработанной поверхности обсадной колонны труб.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство клапана-отсекателя, содержащее корпус, выполненный в виде концентрично расположенных цилиндрических втулок, образующих между собой камеру управления. Последняя гидравлически связана с рабочей камерой подвижного затвора, образованной между внешней поверхностью корпуса с неподвижным поршнем и подвижным затвором, наземной системой управления и дополнительной рабочей камерой, образуемой между внутренней поверхностью корпуса с неподвижным поршнем и подвижной втулкой с дифференциальным поршнем и седлом в нижней части. Подвижная втулка размещена внутри корпуса, в нижней части которого установлен подпружиненный тарельчатый затвор, взаимодействующий с седлом подвижной втулки. В верхней и нижней частях корпуса выполнены кольцевые проточки, внутри которых размещены пружины возврата. Уплотнительный элемент выполнен в виде цилиндрической втулки с ребрами жесткости и седлом в нижней части и установлен на корпусе, выше подвижного затвора. На внешней поверхности корпуса смонтированы уплотнительные кольца /Патент РФ № 2091284, МПК В 65 G 5/00, опубл. 1997 г./.

Недостатками этого устройства клапана-отсекателя являются невозможность обеспечения необходимых допускаемых скоростей движения через клапан-отсекатель хранимого продукта при его закачке и отборе из подземного хранилища, прохождения геофизических приборов в скважину, а также исключено закрытие клапана-отсекателя при сбросе давления в трубопроводе управления или его аварийном разрушении.

Решаемая техническая задача заключается в повышении надежности скважинного клапана-отсекателя, в возможности осуществления одновременного автоматического перекрытия межколонного и трубного пространств эксплуатационных колонн труб при возникновении аварийных ситуаций на устье скважины.

В результате решения этой задачи закачка и отбор хранимого продукта производятся с нормальными допускаемыми скоростями подачи и отбора продукта, обеспечиваются спуск и подъем геофизических приборов в процессе эксплуатации подземных хранилищ.

Решение указанной задачи осуществляется при использовании скважинного клапана-отсекателя, содержащего корпус с неподвижным поршнем, выполненный в виде концентричных цилиндрических втулок, образующих камеру управления, гидравлически сообщенную с герметичной рабочей камерой подвижного затвора, образованной между корпусом и неподвижным поршнем, наземной системой управления и рабочей камерой тарельчатого затвора, образованной между корпусом и размещенной внутри него подвижной втулкой с седлом. Подвижная втулка установлена с возможностью перемещения вдоль оси корпуса. В нижней части корпуса, в герметичной полости, образованной между подвижной втулкой и переходником колонны труб скважины, размещен подпружиненный тарельчатый затвор, установленный с возможностью взаимодействия с седлом подвижной втулки. В верхней и нижней частях корпуса выполнены цилиндрические проточки, снабженные пружинами возврата. Согласно предлагаемому техническому решению рабочая камера и пружина возврата подвижного затвора размещены соответственно под и над неподвижным поршнем корпуса, рабочая камера и пружина возврата тарельчатого затвора расположены соответственно над и под дифференциальным поршнем подвижной втулки. Расстояние между нижними торцами подвижного затвора и закрытого тарельчатого затвора больше или равно длине подвижной втулки, а величина центрального проходного сечения клапана-отсекателя не менее 100 мм.

Указанное взаимное расположение рабочих камер скважинного клапана-отсекателя и пружин возврата обеспечивает его закрытие при сбросе давления в трубопроводе управления, например, при его аварийном разрушении и открытие клапана-отсекателя при подаче давления управления в рабочие камеры. Взаимное расположение подвижного затвора и подвижной втулки с тарельчатым затвором для перекрытия трубного пространства скважины, а также величина центрального проходного сечения клапана-отсекателя обеспечивают свободное прохождение геофизических приборов в скважину, в частности, звуколокатора.

На чертеже представлен продольный разрез технологической скважины вместе со встроенным в нее скважинным клапаном-отсекателем.

Скважинный клапан-отсекатель устанавливается на глубине 10-15 м на центральной колонне труб 1 во вставке 2 внешнем подвесной колонны труб 3 и включает корпус 4 с внешней и внутренней стенками, образующими герметичную камеру управления 5, связанную в верхней части корпуса 1 осевым каналом 6 при помощи трубопровода 7 со станцией управления (не показана), находящейся на поверхности земли.

Подвижный затвор 8 и внешняя стенка корпуса 4 образуют рабочую камеру 9 подвижного затвора 8, герметичность которой обеспечивается уплотнительными кольцами 10, смонтированными на подвижном затворе 8, и кольцами 11 на неподвижном поршне 12 корпуса 4. Камера управления 5 через радиальное отверстие 13 во внешней стенке корпуса 4 гидравлически связана с рабочей камерой 9. На внешней стенке корпуса 4, выше подвижного затвора 8, смонтировано седло 14, выполненное в виде цилиндрической втулки 15 с ребрами жесткости 16 внутри нее, герметизирующих колец 17 на внешней поверхности цилиндрической втулки 15, плотно прилегающих к внутренней поверхности вставки 2 подвесной колонны труб 3. Над неподвижным поршнем 12 подвижный затвор 8 образует с внешней стенкой корпуса 4 цилиндрическую проточку 18 с размещенной внутри нее пружиной возврата 19.

Подвижная втулка 20 вместе с дифференциальным поршнем 21 и внутренней стенкой корпуса 4 образует вторую рабочую камеру 22, герметичность которой осуществляется посредством уплотнительных колец 23, установленных на дифференциальном поршне 21, и колец 24, смонтированных на внутренней поверхности корпуса 4. Внутренняя стенка корпуса 4 снабжена радиальным отверстием 25, образующим гидравлическую связь между камерой управления 5 и рабочей камерой 22. Подвижная втулка 20 под дифференциальным поршнем 21 образует с внутренней стенкой корпуса 4 другую цилиндрическую проточку 26, внутри которой установлена пружина возврата 27. Нижняя часть подвижной втулки 20 снабжена седлом 28.

В нижней части корпуса 4 размещен тарельчатый затвор 29, установленный в герметичной полости, образуемой подвижной втулкой 20 в ее нижнем положении и переходником 30 центральной колонны труб 1. Герметизация этой полости осуществляется посредством уплотнительного элемента 31.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Рабочий агент (машинное масло), подаваемый под давлением по трубопроводу 7, поступает в камеру управления 5 и затем одновременно в рабочие камеры 9 и 22.

Под воздействием избыточного давления рабочего агента подвижный затвор 8 и подвижная втулка 20, перемещаясь вниз, сжимают соответственно пружины возврата 19 и 27, открывая проходные каналы межтрубья и центральной колонны труб 1.

Закрытие скважинного клапана-отсекателя осуществляется автоматически при сбросе или падении давления рабочего агента в трубопроводе 7 на устье скважины при аварийной ситуации. При этом под воздействием пружины возврата 19 подвижный затвор 8 перемещается к седлу 14 и перекрывает кольцевое сечение межтрубного пространства, а пружина возврата 27, разжимаясь, перемещает подвижную втулку 20 вверх, освобождая тем самым тарельчатый затвор 29, который, прижимаясь к седлу 28. перекрывает трубное пространство центральной колонны труб 1 в скважине.

Использование: относится к области эксплуатации подземных хранилищ газонефтепродуктов, предназначено для предотвращения выброса в атмосферу продуктов хранения при разгерметизации устья скважины и используется для перекрытия межтрубного и трубного пространств технологической скважины подземных хранилищ. Технический результат – возможность осуществления одновременного автоматического перекрытия межколонного и трубного пространств эксплуатационных колонн труб при возникновении аварийных ситуаций на устье скважины. Скважинный клапан-отсекатель содержит корпус с неподвижным поршнем, камеру управления, гидравлически сообщенную с герметичной рабочей камерой подвижного затвора, образованной между корпусом и неподвижным поршнем, наземной системой управления и рабочей камерой тарельчатого затвора, образованной между корпусом и размещенной внутри него подвижной втулкой с седлом. В нижней части корпуса установлен с возможностью взаимодействия с седлом подвижной втулки подпружиненный тарельчатый затвор. В корпусе выполнены цилиндрические проточки, снабженные пружинами возврата. Рабочая камера и пружины возврата подвижного затвора размещены соответственно под и над неподвижным поршнем корпуса, а рабочей камеры и пружины возврата тарельчатого затвора - соответственно над и под дифференциальным поршнем подвижной втулки. Расстояние между нижними торцами подвижного и закрытого тарельчатого затворов больше или равно длине подвижной втулки, а величина центрального проходного сечения клапана-отсекателя не менее 100 мм. 1 ил.

Скважинный клапан-отсекатель, содержащий корпус с неподвижным поршнем, выполненный в виде концентричных цилиндрических втулок, образующих камеру управления, гидравлически сообщенную с герметичной рабочей камерой подвижного затвора, образованной между корпусом и неподвижным поршнем, наземной системой управления и рабочей камерой тарельчатого затвора, образованной между корпусом и размещенной внутри него подвижной втулки с седлом, установленной с возможностью перемещения вдоль оси корпуса, в нижней части корпуса в герметичной полости, образованной между подвижной втулкой и переходником колонны труб, установлен с возможностью взаимодействия с седлом подвижной втулки подпружиненный тарельчатый затвор, в верхней и нижней частях корпуса выполнены цилиндрические проточки, снабженные пружинами возврата, отличающийся тем, что рабочая камера и пружина возврата подвижного затвора размещены соответственно под и над неподвижным поршнем корпуса, рабочая камера и пружина возврата тарельчатого затвора размещены соответственно над и под дифференциальным поршнем подвижной втулки, при этом расстояние между нижними торцами подвижного и закрытого тарельчатого затворов больше или равно длине подвижной втулки, а величина центрального проходного сечения клапана-отсекателя не менее 100 мм.