СПОСОБ ЗАКАЧИВАНИЯ ТРАНСПОРТИРУЮЩЕГО ГАЗА В ЭКСПЛУАТАЦИОННУЮ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНУЮ КОЛОННУ НЕФТЯНОЙ СКВАЖИНЫ И ИСПОЛЬЗУЕМОЕ В НЕМ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДЕБИТА ТРАНСПОРТИРУЮЩЕГО ГАЗА Российский патент 2009 года по МПК E21B43/12 

Предшествующий уровень техники

Настоящее изобретение относится к способу закачивания транспортирующего газа в эксплуатационную колонну нефтяной скважины через одно или несколько устройств для регулирования дебита транспортирующего газа и используемому в способе устройству для регулирования дебита транспортирующего газа.

Обычно транспортирующий газ закачивают в кольцевое пространство между эксплуатационной колонной и окружающей обсадной колонной и далее закачивают транспортирующий газ в эксплуатационную колонну из кольцевого пространства через одно или несколько устройств для регулирования дебита транспортирующего газа в боковых залежах, распределенных по длине эксплуатационной колонны. Транспортирующий газ, который закачивают через устройства для регулирования дебита в поток сырой нефти (или в другую текучую среду) в эксплуатационной колонне, уменьшает плотность столба текучей среды в ней и повышает скорость добычи сырой нефти в данной скважине.

Выпускаемые промышленностью устройства для регулирования дебита транспортирующего газа обычно используют односторонние обратные клапаны с шаром, полусферой или конусом, которые прижимаются пружиной к кольцу седла клапана. Если давление транспортирующего газа выше давления потока сырой нефти в эксплуатационной колонне, то эта разница давления превышает усилия пружины, действующие на шар, в результате чего пружина сжимается и шар поднимается или отодвигается с или от кольца седла клапана, и в результате этого транспортирующий газ может проходить из заполненной газом закачивающей трубы в эксплуатационную колонну. Но если давление потока сырой нефти будет выше давления транспортирующего газа в закачивающей трубе, то суммарные усилия пружины и разницы давлений в устройстве для регулирования дебита транспортирующего газ вталкивают шар или полусферу к кольцевому седлу, тем самым закрывая клапан и предотвращая вытекание сырой нефти или другой текучей среды из эксплуатационной колонны в закачивающую трубу.

Трудность известных обратных клапанов заключается в том, что шар или полусфера и кольцевое седло клапана подвергаются воздействию со стороны потока транспортирующего газа, в котором могут находиться жидкости или песок, или другие истирающие частицы, и/или такие агрессивные химические вещества, как сероводород и диоксид углерода. В связи с этим шар или полусфера и седло клапана подвергаются механическому или химическому разрушению, в результате чего может произойти утечка из клапана, и сырая нефть или другая текучая среда смогут течь в закачивающую трубу из эксплуатационной колонны и впоследствии смогут заблокировать закачивание транспортирующего газа, когда уровень сырой нефти или другой текучей среды в закачивающей трубе дойдет до местоположения устройства для регулирования транспортирующего газа или устройств для регулирования дебита.

Патент США №5535828 раскрывает управляемый с поверхности клапан транспортирующего газа, который вводят, с возможностью его изъятия, в боковую залежь в эксплуатационной трубе нефтяной скважины и в котором имеющий форму усеченного конуса корпус клапана установлен на гидравлическом поршне, приводимом в действие с поверхности и прижимающем корпус клапана к имеющему форму усеченного конуса седлу клапана, чтобы корпус клапан поднимался с седла клапана. Корпус клапана и седло клапана открыты для воздействия на них потоком транспортирующего газа, и они подвергаются механическому и химическому разрушению.

Согласно патенту США №5004007 обеспечивают управляемый с поверхности клапан для закачивания химических реагентов, в котором корпус клапана откидного типа и соответствующее кольцевое седло клапана защищены от воздействия на них потоком закачиваемых химических реагентов защитной втулкой, которую гидравлическое давление толкает через кольцевое седло клапана и которая отталкивается назад пружиной при снижении гидравлического давления ниже порогового уровня, в результате чего тело откидного клапана может откинуться на кольцевое седло клапана. Известный клапан для закачивания химических реагентов имеет ограничитель потока, соединенный с корпусом клапана и поршнем, действующим от разности давлений в ограничителе потока. Поршень установлен в цилиндрической полости в корпусе клапана вблизи втулки и соединен с ней. Поршень служит для преодоления сил трения между втулкой и уплотнениями между втулкой и корпусом клапана, и расположение поршня вблизи втулки усложняет клапан, из-за чего повышается его себестоимость, и он может отказать, если загрязнители, песок или истирающие частицы скопятся в цилиндрической полости над поршнем и/или если нарушатся уплотнения.

Сложная конструкция управляемого с поверхности клапана для закачивания химических реагентов делает его нецелесообразным для замены известных изнашиваемых шаровых клапанов пружинного действия.

Цель настоящего изобретения заключается в создании усовершенствованного способа закачивания транспортирующего газа, согласно которому используют одно или несколько устройств для регулирования дебита транспортирующего газа, имеющих минимальное число подвижных изнашиваемых деталей и в результате этого являющихся рентабельными и износостойкими, и создании износостойкого устройства для регулирования дебита транспортирующего газа, легкого в изготовлении и удобного в эксплуатации.

Сущность изобретения

Согласно изобретению создано устройство для регулирования дебита транспортирующего газа для закачивания транспортирующего газа или другой текучей среды в эксплуатационную колонну нефтяной скважины, содержащее трубчатый корпус клапана, имеющий проточный канал, соединенный одним концом с напорным трубопроводом транспортирующего газа и другим концом с внутренним пространством эксплуатационной колонны, тело откидного клапана, соединенное с возможностью поворота с корпусом клапана и установленное в проточном канале таким образом, что при повороте тела клапана в открытое положение оно ориентируется по существу параллельно проточному каналу, и при повороте тела клапана тела в закрытое положение оно ориентируется по существу перпендикулярно к проточному каналу и прижимается к кольцевому седлу клапана, тем самым блокируя прохождение транспортирующего газа по проточному каналу, защитную втулку клапана, установленную с возможностью скольжения в проточном канале между первым положением, в котором втулка проходит через кольцевое седло клапана при повороте тела клапана в его открытое положение, тем самым защищая седло клапана и тело клапана от износа потоком транспортирующего газа или другой текучей среды, и вторым положением, в котором втулка проходит через часть проточного канала перед седлом клапана при повороте тела клапана в его закрытое положение, и ограничитель потока, образующий часть защитной втулки клапана и имеющий размер, обеспечивающий создание разности давлений проходящим по нему потоком транспортирующего газа, под действием которой втулка способна перемещаться в первое положение, при этом втулка имеет конусообразно суживающуюся часть, наружный диаметр втулки постепенно уменьшается в последующем направлении втулки, первое гибкое уплотнительное кольцо установлено в кожухе перед седлом клапана, в результате чего внешняя поверхность суживающейся части седла прижимается к внутренней поверхности первого уплотнительного кольца при нахождении втулки в первом ее положении, тем самым обеспечивая непроницаемое для текучей среды уплотнение в кольцевом пространстве между суживающейся частью втулки и трубчатым корпусом клапана при нахождении втулки в первом ее положении, в результате этого первое уплотнительное кольцо только неплотно контактирует с суживающейся частью втулки при нахождении втулки в ее втором положении.

Устройство может содержать второе гибкое уплотнительное кольцо, установленное в трубчатом корпусе после первого уплотнительного кольца и способное действовать в качестве стопора для втулки при ее перемещении в свое первое положение.

Первое и второе уплотнительные кольца могут быть выполнены из эластомерного материала и образуют уплотненную кольцевую камеру, в которой расположены корпус откидного клапана и седло при перемещении втулки в свое первое положение.

Тело откидного клапана может иметь пружину, расположенную между трубчатым корпусом клапана и защитной втулкой клапана и способную смещать тело клапана в закрытое положение и защитную втулку клапана во второе положение.

Устройство может быть выполнено с возможностью его съемной установки по существу в вертикальном положении в боковом кармане в эксплуатационной колонне нефтяной скважины, при этом пружина способна сжиматься при превышении суммы веса защитной втулки клапана и усилий воздействия со стороны транспортирующего газа на втулку заданного порогового значения.

Пружина может быть выполнена с возможностью сжатия при давлении закачивания транспортирующего газа меньше давления закачивания транспортирующего газа, создаваемого при нормальной добыче нефти.

Тело откидного клапана может иметь наклонную поверхность с такими размерами, при которых точка первоначального контакта со втулкой при ее перемещении из второго положения в первое положение является точкой, наиболее удаленной от шарнирного штифта тела откидного клапана.

Угол суживающейся части втулки выбран таким, что втулка центрирована в корпусе при перемещении тела откидного клапана в открытое положение.

Согласно изобретению создан также способ закачивания транспортирующего газа в эксплуатационную трубу нефтяной скважины через по меньшей мере вышеописанное устройство и способ добычи сырой нефти, согласно которому добычу сырой нефти увеличивают за счет закачивания транспортирующего газа в эксплуатационную колонну, используя указанный способ.

Эти и прочие признаки, преимущества и осуществления способа закачивания транспортирующего газа и устройства для регулирования дебита согласно изобретению более подробно излагаются в прилагаемой формуле изобретения, реферате и описании со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

Далее изобретение более подробно описано со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:

фиг.1 изображает продольное сечение устройства для регулирования дебита согласно изобретению при открытом положении корпуса откидного клапана и втором положении защитной втулки клапана, и

фиг.2 - продольное сечение устройства для регулирования дебита, показываемого на фиг.1 при закрытом положении корпуса откидного клапана и первом положении защитной втулки клапана.

Подробное описание предпочтительного осуществления

Как показано на фиг.1, устройство для регулирования дебита, содержащее трубчатый корпус 1 клапана, имеющий продольный проточный канал 2, в котором тело 3 откидного клапана установлено с возможностью его поворота таким образом, что тело 3 клапана может поворачиваться между закрытым положением, в котором тело 3 прижато к кольцевому седлу 4 клапана, согласно фиг.1, и открытым положением, в котором тело 3 клапана ориентировано параллельно проточному каналу 2, как показано на фиг.2.

Защитная втулка 5 клапана установлена в корпусе клапана с возможностью ее скольжения между первым положением, согласно фиг.2, и вторым положением, согласно фиг.1.

В первом положении согласно фиг.2 клапан открыт, и разность давлений в ограничителе 8, установленном во втулке 5, толкает втулку 5 вверх, в результате чего втулка прижимается к первому и второму уплотнительным кольцам 6 и 7. Разность давлений создается потоком транспортирующего газа или другой текучей среды, входящими в корпус клапана через несколько впускных отверстий 9 и проходящими по проточному каналу 2 к выпускному отверстию 10 клапана сверху клапана, в результате чего втулка 5 поднимается, преодолевая действие пружины 11.

Во втором положении согласно фиг.1 в проточный канал 2 транспортирующий газ не закачивается, и поэтому нет разности давлений в ограничителе 8 потока, и пружина 11 толкает втулку вниз, в результате чего верх втулки 5 находится под кольцевым седлом 4 откидного клапана. Движение вниз втулки 5 во второе положение обеспечивает возможность телу 3 откидного клапана повернуться вниз к кольцевому седлу 4 клапана.

Помимо пружины 11, которая перемещает втулку 5 во второе положение, любое обратное течение текучей среды через втулку 5 создает разность давлений, которая также создает усилие в направлении движения втулки 11 во второе (закрытое) положение. Защитная втулка 5 клапана имеет суживающуюся верхнюю часть, угол сужения которой подобран таким образом, что втулка 5 центрируется во время ее движения в первое положение. Таким образом, если втулка находится в первом положении согласно фиг.2, то коническая внешняя поверхность втулки 5 плотно контактирует с первым эластомерным уплотнительным кольцом 6. Первое и второе уплотнительные кольца 6 и 7 при этом образуют кольцевую выемку 12, в которой тело 3 и кольцевое седло 4 клапана защищены от механического и/или химического разрушения, обусловливаемого потоком транспортирующего газа через проточный канал 2. При прерывании закачивания транспортирующего газа пружина 11 толкает втулку 5 вниз, и первое уплотнительное кольцо только неплотно контактирует с суживающейся внешней поверхностью защитной втулки 5 клапана, и поэтому втулка ровно скользит в свое второе положение под действием напряженности пружины и под своим весом, и при этом не требуется дополнительное гидравлическое действие дополнительного поршня - как в соответствии с патентом США №5004007.

Вместо обеспечения втулки с суживающимся верхом и установки второго уплотнительного кольца 6 в выемке во внутренней стенке корпуса 1 клапана второе уплотнительное кольцо 6 можно установить в выемке во внешней стенке цилиндрической втулки 5, которая окружена суживающейся частью корпуса 1 клапана.

Корпус 1 клапана имеет коническую носовую часть 14 и несколько уплотнительных колец 15, которые обеспечивают возможность съемной установки клапана в боковом кармане в эксплуатационной колонне согласно техническому решению патента США №5535828, причем впускные отверстия 9 сообщаются посредством текучей среды с кольцевым пространством между эксплуатационной колонной и окружающей обсадной колонной, и в это пространство транспортирующий газ закачивается с поверхности, и выпускное отверстие 10 клапана выпускает транспортирующий газ в поток сырой нефти в эксплуатационной колонне.

Выпускное отверстие 10 клапана может иметь множество небольших отверстий для закачивания газа или пористую мембрану согласно публикации международной патентной заявки WO 0183944, через которые транспортирующий газ закачивается в виде потока мелкодиспергированных пузырьков в поток сырой нефти, в результате чего создается пена или пенистая смесь транспортирующего газа и сырой нефти.

Плоскость наклонной поверхности 3А тела 3 клапана не параллельна плоскости уплотняющей поверхности этого клапана. Уплотняющая поверхность клапана полностью и одновременно контактирует со всей поверхностью уплотнения или с седлом 4 клапана в корпусе устройства для регулирования дебита. Уплотняющая поверхность откидного клапана и уплотняющая поверхность в корпусе устройства для регулирования дебита перпендикулярны к геометрической оси втулки 5 и параллельны поверхности втулки. Поскольку плоскость наклонной поверхности 3А тела 3 откидного клапана не параллельна поверхности 5А втулки 5, когда втулка 5 перемещается из второго положения в первое положение, то втулка 5 контактирует с одной частью поверхности 3А тела 3 откидного клапана перед ее контактированием с другой частью. Наклонная поверхность 3А откидного клапана имеет такие габариты, при которых точка 3С первоначального контактирования со втулкой во время перемещения ее из второго положения в первое положение будет точкой 3С, самой дальней от шарнирного штифта 3В тела откидного клапана. За счет этого напряжение, воздействующее на шарнирный штифт 3В, снизится, благодаря чему продлится срок службы шарнирного штифта и сократится число его отказов, вызванных напряжением шарнирного штифта.

Углы впускных отверстий 9 имеют такой размер, что поступающая текучая среда вводится в проточный канал 2 устройства для регулирования дебита с минимумом резких изменений направления. Это сведение к минимуму изменений направления обеспечивает возможность увеличения количества транспортирующего газа или другой текучей среды через устройство для регулирования дебита при том же состоянии потока, что и в других устройствах для регулирования дебита, в которых не предусматривается минимум изменений направления течения. Помимо этого, уменьшение числа изменений направления втекающей текучей среды уменьшает эрозию поверхностей устройства для регулирования дебита благодаря пониженной турбулентности.

Группа изобретений относится к способу закачивания транспортирующего газа в эксплуатационную колонну нефтяной скважины через одно или несколько устройств для регулирования дебита транспортирующего газа и используемому в способе устройству для регулирования дебита транспортирующего газа. Обеспечивает повышение эффективности способа и надежности работы устройства. Сущность изобретения: устройство содержит трубчатый корпус клапана, имеющий проточный канал, соединенный одним концом с напорным трубопроводом транспортирующего газа и другим концом - с внутренним пространством эксплуатационной колонны, тело откидного клапана, соединенное с возможностью поворота с корпусом клапана и установленное в проточном канале таким образом, что при повороте тела клапана в открытое положение оно ориентируется по существу параллельно проточному каналу. При повороте тела клапана в закрытое положение оно имеет возможность ориентации перпендикулярно к проточному каналу и прижимания к кольцевому седлу клапана, тем самым блокируя прохождение транспортирующего газа по проточному каналу. Имеется защитная втулка клапана, установленная с возможностью скольжения в проточном канале между первым положением, в котором втулка проходит через кольцевое седло клапана при повороте тела клапана в его открытое положение, тем самым защищая седло клапана и тело клапана от износа потоком транспортирующего газа или другой текучей среды, и вторым положением, в котором втулка проходит через часть проточного канала перед седлом клапана при повороте тела клапана в его закрытое положение. Имеется ограничитель потока, образующий часть защитной втулки клапана и имеющий размер, обеспечивающий создание разности давлений проходящим по нему потоком транспортирующего газа, под действием которой втулка способна перемещаться в первое положение. При этом втулка имеет конусообразно суживающуюся часть. Наружный диаметр втулки постепенно уменьшается в последующем направлении втулки, первое гибкое уплотнительное кольцо установлено в кожухе перед седлом клапана, в результате чего внешняя поверхность суживающейся части седла прижимается к внутренней поверхности первого уплотнительного кольца при нахождении втулки в первом ее положении, тем самым обеспечивая непроницаемое для текучей среды уплотнение в кольцевом пространстве между суживающейся частью втулки и трубчатым корпусом клапана при нахождении втулки в первом ее положении, в результате этого первое уплотнительное кольцо только неплотно контактирует с суживающейся частью втулки при нахождении втулки в ее втором положении. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для регулирования дебита транспортирующего газа для закачивания транспортирующего газа или другой текучей среды в эксплуатационную колонну нефтяной скважины, содержащее трубчатый корпус клапана, имеющий проточный канал, соединенный одним концом с напорным трубопроводом транспортирующего газа и другим концом - с внутренним пространством эксплуатационной колонны, тело откидного клапана, соединенное с возможностью поворота с корпусом клапана и установленное в проточном канале таким образом, что при повороте тела клапана в открытое положение оно ориентируется, по существу, параллельно проточному каналу, и при повороте тела клапана в закрытое положение оно ориентируется, по существу, перпендикулярно к проточному каналу и прижимается к кольцевому седлу клапана, тем самым блокируя прохождение транспортирующего газа по проточному каналу, защитную втулку клапана, установленную с возможностью скольжения в проточном канале между первым положением, в котором втулка проходит через кольцевое седло клапана при повороте тела клапана в его открытое положение, тем самым защищая седло клапана и тело клапана от износа потоком транспортирующего газа или другой текучей среды, и вторым положением, в котором втулка проходит через часть проточного канала перед седлом клапана при повороте тела клапана в его закрытое положение, и ограничитель потока, образующий часть защитной втулки клапана и имеющий размер, обеспечивающий создание разности давлений проходящим по нему потоком транспортирующего газа, под действием которой втулка способна перемещаться в первое положение, при этом втулка имеет конусообразно суживающуюся часть, наружный диаметр втулки постепенно уменьшается в последующем направлении втулки, первое гибкое уплотнительное кольцо установлено в кожухе перед седлом клапана, в результате чего внешняя поверхность суживающейся части седла прижимается к внутренней поверхности первого уплотнительного кольца при нахождении втулки в первом ее положении, тем самым обеспечивая не проницаемое для текучей среды уплотнение в кольцевом пространстве между суживающейся частью втулки и трубчатым корпусом клапана при нахождении втулки в первом ее положении, в результате этого первое уплотнительное кольцо только неплотно контактирует с суживающейся частью втулки при нахождении втулки в ее втором положении.

2. Устройство по п.1, которое содержит второе гибкое уплотнительное кольцо, установленное в трубчатом корпусе после первого уплотнительного кольца и способное действовать в качестве стопора для втулки при ее перемещении в свое первое положение.

3. Устройство по п.2, в котором первое и второе уплотнительные кольца выполнены из эластомерного материала и образуют уплотненную кольцевую камеру, в которой расположены корпус откидного клапана и седло при перемещении втулки в свое первое положение.

4. Устройство по любому одному из пп.1-3, в котором тело откидного клапана имеет пружину, расположенную между трубчатым корпусом клапана и защитной втулкой клапана и способную смещать тело клапана в закрытое положение и защитную втулку клапана во второе положение.

5. Устройство по п.4, которое выполнено с возможностью его съемной установки, по существу, в вертикальном положении в боковом кармане в эксплуатационной колонне нефтяной скважины, при этом пружина способна сжиматься при превышении суммы веса защитной втулки клапана и усилий воздействия со стороны транспортирующего газа на втулку заданного порогового значения.

6. Устройство по п.5, в котором пружина выполнена с возможностью сжатия при давлении закачивания транспортирующего газа меньше давления закачивания транспортирующего газа, создаваемого при нормальной добычи нефти.

7. Устройство по любому из пп.1-3, 5 и 6, в котором тело откидного клапана имеет наклонную поверхность с такими размерами, при которых точка первоначального контакта со втулкой при ее перемещении из второго положения в первое положение является точкой, наиболее удаленной от шарнирного штифта тела откидного клапана.

8. Устройство по п.1, в котором угол суживающейся части втулки выбран таким, что втулка центрирована в корпусе при перемещении тела откидного клапана в открытое положение.

9. Способ закачивания транспортирующего газа в эксплуатационную трубу нефтяной скважины через по меньшей мере одно устройство, выполненное согласно одному из пп.1-8.

10. Способ добычи сырой нефти, согласно которому добычу сырой нефти увеличивают за счет закачивания транспортирующего газа в эксплуатационную колонну, используя способ по п.9.