ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ КЛАПАН ВЫРАВНИВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ В СКВАЖИНЕ И СКВАЖИННАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2014 года по МПК E21B34/12 F16K11/07 F04D13/10 

Изобретение относится к области горного дела, в частности к добыче нефти, и может быть использовано для разгрузки удаляемого пакера при обслуживании и ремонте скважин.

Известен скважинный глубинный клапан, содержащий корпус с радиальными отверстиями, запорный орган в виде установленного в корпусе поршня с центральным осевым и радиальными каналами, узел перемещения запорного органа с ловильной головкой в верхней части, уплотнительные кольца, размещенные в корпусе. Узел перемещения запорного органа выполнен в виде цангового захвата со скосами в верхней и нижней частях. Центральный осевой канал выполнен со скосами в верхней и нижней частях. На наружной поверхности запорного органа выполнена кольцевая проточка, диаметр которой равен диаметру уплотнительного кольца (Авторское свидетельство SU №1810492 A1. Скважинный глубинный клапан. - МПК⁵: E21B 34/06. - 23.04.1993. Бюл. №15).

Известен перепускной клапан для освоения и эксплуатации нескольких пластов одной скважиной, состоящий из корпуса с радиальными каналами, золотника, ступенчатой гайки, образующей с золотником полость, сообщающуюся через каналы гайки с затрубным пространством, и переводника. Клапан снабжен кольцом, которое размещено в полости (Авторское свидетельство SU №415354. Перепускной клапан. - МПК: E21b 43/00. - 15.11.1974. Бюл. №6).

Известен циркуляционный клапан, содержащий установленные в цилиндрическом корпусе неподвижное кольцевое седло и затвор, выполненный в виде подвижной в осевом направлении относительно седла втулки, а в корпусе напротив затвора выполнено, по крайней мере, одно радиальное отверстие. Втулка затвора со стороны ее наружной цилиндрической поверхности выполнена ступенчато сужающейся в сторону седла с образованием кольцевой поршневой камеры, сообщенной через радиальное отверстие с затрубным пространством скважины, и уплотнена относительно внутренней цилиндрической поверхности корпуса посредством эластичного уплотнения, расположенного на большем диаметре втулки. Затвор снабжен грузом, выполненным в виде закрепленной на втулке трубы (Патент RU №46807 U1. Циркуляционный клапан. - МПК: E21B 34/06. - 27.07.2005).

Наиболее близким аналогом заявляемого циркуляционного клапана выравнивания давления в скважине является клапан для освоения скважин, содержащий полый корпус с радиальными отверстиями и размещенный в корпусе с возможностью ограниченного осевого перемещения полый золотник с поршнем. Внутренняя поверхность корпуса имеет ступенчатую выемку, в которой размещен упомянутый золотник с поршнем. Золотник снабжен радиальными отверстиями, в крайнем нижнем положении золотника совпадающими с радиальными отверстиями корпуса. Поршень золотника расположен в его средней части, а выше и ниже поршня между корпусом и золотником образованы камеры, верхняя из которых посредством радиальных отверстий сообщена с затрубным пространством, а нижняя герметизирована (Патент RU №2133819 C1. Клапан для освоения скважин. - МПК⁶: E21B 34/06. - 27.07.1999). Данное изобретение принято за прототип.

Недостатком известных технических решений является сложность подъема пакерного оборудования из скважины под действием превышения давления надпакерной жидкости относительно давления ниже пакера.

Известно оборудование для эксплуатации скважины, содержащее скважинный насос, размещенный внутри колонны насосно-компрессорных труб, на которой с возможностью перекрытия межтрубного пространства установлен пакер с дозатором реагента, контейнер, образованный колоннами обсадных и насосно-компрессорных труб и пакером, и трубку для перепуска реагента из контейнера в подпакерное пространство скважины, установленную в газоотводной трубке на пакере, перекрытой в верхней части клапаном. Входное отверстие трубки размещено ниже клапана газоотводной трубки (Авторское свидетельство SU №1601350 A1. Оборудование для эксплуатации скважины. - МПК⁵: E21B 43/00. - 23.10.1990. Бюл. №39). Недостатком известного технического решения является сложность подъема оборудования из скважины, требующего больших усилий из-за депрессии надпакерной жидкости на пакер.

Наиболее близким аналогом заявляемой скважинной насосной установки является насосная установка Шарифова для эксплуатации скважины, содержащая спущенное и установленное в скважину на колонне труб насосное устройство, состоящее в основном из насоса с приемной сеткой и погружного электродвигателя с силовым кабелем и, по меньшей мере, один пакер, выполненный с кабельным вводом и размещенным выше насосного устройства или между насосом и его приемной сеткой. Установка оснащена каналом для стравливания попутного пластового газа в затрубное пространство и перепускным узлом, расположенным в жидкости скважины выше пакера для перепуска через них потока жидкости (Патент RU №2300668 C2. Насосная установка Шарифова для эксплуатации скважины (варианты). - МПК: F04D 13/10. - 10.06.2007). Данное изобретение принято за прототип.

Недостатком известной установки является отсутствие возможности эффективной эксплуатации скважины из-за сложности подъема насосной установки, требующего больших усилий из-за превышения давления надпакерной жидкости на пакер относительно давления в полости скважины ниже пакера.

Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является снижение давлений или, по меньшей мере, выравнивание давлений в надпакерном межтрубном пространстве с насосно-компрессорными трубами и в подпакерной полости скважины перед подъемом пакерного оборудования на поверхность скважины путем образования гидродинамического перетока жидкости между ними, уменьшающего усилие сопротивления давлению на пакер при подъеме пакерного оборудования для последующего обслуживания и ремонта нефтяных скважин.

Техническим результатом является повышение эффективности эксплуатации нефтяных скважин.

Указанный технический результат достигается тем, что, в известном циркуляционном клапане выравнивания давления в скважине, содержащем соединенные между собой муфту и полый цилиндрический корпус с радиальными отверстиями, сообщающиеся с надпакерным межтрубным пространством, при этом внутренняя поверхность корпуса выполнена ступенчатой, в которой посредством манжет герметично размещен полый золотник с возможностью ограниченного осевого перемещения, соединяемый с колонной насосно-компрессорных труб, а снизу корпус клапана соединяется, например, со шпинделем ниже установленного пакера, согласно предложенному техническому решению в корпусе выполнен продольный канал, сообщающийся с кольцевой канавкой, выполненной на внутренней поверхности корпуса, с образованием камеры, расположенные между манжетами при закрытом положении золотника, последний временно зафиксирован на корпусе срезными штифтами и расположен торцом с упором в уступ на внутренней ступенчатой поверхности корпуса, к продольному каналу которого, в свою очередь, с помощью штуцера присоединена трубка, сообщающаяся с подпакерной полостью скважины, а на золотнике выполнен выступ, упирающийся в торцовый буртик муфты, ограничивающий осевое перемещение золотника при его открытии с образованием между золотником и корпусом канала сообщения из надпакерного межтрубного пространства через радиальные отверстия и центральный канал в колонну насосно-компрессорных труб и через камеру с кольцевой канавкой, продольный канал и трубку в подпакерную полость скважины.

Указанный технический результат достигается тем, что, в известной скважинной насосной установке, содержащей колонну насосно-компрессорных труб, скважинный электроприводной насос с силовым кабелем, пакер с кабельным вводом, размещенный в стволе скважины выше насоса и оснащенный каналом перетока жидкости в межтрубное пространство выше или ниже пакера, согласно предложенному техническому решению между колонной насосно-компрессорных труб и пакером расположен циркуляционный клапан выравнивания давления в скважине, соединенный его золотником с колонной насосно-компрессорных труб, а корпусом - со шпинделем пакера, последний сообщается со скважинным электроприводным насосом, при этом канал перетока жидкости через пакер соединен с трубкой циркуляционного клапана, сообщающей межтрубное пространство выше пакера с полостью насосно-компрессорных труб и межтрубным пространством ниже пакера через шпиндель при открытом положении золотника циркуляционного клапана.

Приведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленных циркуляционного клапана выравнивания давления в скважине и скважинной насосной установки, отсутствуют. Следовательно, каждое заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемых технических решений, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемых технических решений преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемые технические решения соответствуют условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Заявленные технические решения могут быть реализованы на любом предприятии машиностроения из общеизвестных материалов и принятой технологии и успешно использованы в оборудовании нефтяных скважин. Следовательно, заявляемые технические решения соответствуют условию патентоспособности «промышленная применимость».

В настоящей заявке на выдачу патента соблюдено требование единства изобретений, поскольку циркуляционный клапан выравнивания давления в скважине и скважинная насосная установка предназначены для эксплуатации скважин. Заявленные технические решения решают одну и ту же задачу - повышение эффективности эксплуатации скважин путем сокращения времени и затрат на подъем пакерного оборудования из скважины.

На Фиг.1 представлен циркуляционный клапан выравнивания давления в скважине: а) - в закрытом положении; б) - то же, в открытом положении; на Фиг.2 - скважинная насосная установка.

Циркуляционный клапан выравнивания давления в скважине содержит соединенные между собой муфту 1 и полый цилиндрический корпус 2 с радиальными отверстиями 3, сообщающиеся с надпакерным межтрубным пространством. Внутренняя поверхность корпуса 2 выполнена ступенчатой, в которой посредством манжет 4 герметично размещен полый золотник 5 с возможностью ограниченного осевого перемещения, соединяемый с колонной насосно-компрессорных труб (условно не показан), а снизу корпус 2 соединяется, например, со шпинделем 6 ниже установленного пакера. В корпусе 2 выполнен продольный канал 7, сообщающийся с кольцевой канавкой 8, выполненной на внутренней поверхности корпуса 2, с образованием камеры 9, расположенные между манжетами 4 при закрытом положении золотника 5, временно зафиксированного на корпусе 2 срезными штифтами 10 и торцом с упором в уступ 11 на внутренней ступенчатой поверхности корпуса 2. К продольному каналу 7 корпуса 2, в свою очередь, с помощью штуцера 12 присоединена трубка 13, сообщающаяся с подпакерной полостью скважины (Фиг.1,а). На золотнике 5 выполнен выступ 14, упирающийся в торцовый буртик 15 муфты 1, ограничивающий осевое перемещение золотника 5 при его открытии с образованием между золотником 5 и корпусом 2 канала 16 сообщения из надпакерного межтрубного пространства через радиальные отверстия 3 и центральный канал 17 циркуляционного клапана в колонну насосно-компрессорных труб и через камеру 9 с кольцевой канавкой 8, продольный канал 7 и трубку 13 в подпакерную полость скважины (Фиг.1,б).

Скважинная насосная установка содержит колонну насосно-компрессорных труб 18, скважинный электроприводной насос 19 с силовым кабелем 20, пакер 21 с кабельным вводом, размещенный в стволе 22 скважины выше насоса 19 и оснащенный каналом 23 перетока жидкости в надпакерное межтрубное пространство А или подпакерную полость Б скважины. Между колонной насосно-компрессорных труб 18 и пакером 21 установлен циркуляционный клапан 24 выравнивания давления в скважине, соединенный его золотником 5 с колонной насосно-компрессорных труб 18, а корпусом 2 - со шпинделем 6 пакера 21, сообщающийся со скважинным электроприводным насосом 19 (Фиг.2). Канал 23 перетока жидкости через пакер 21 соединен с трубкой 13 циркуляционного клапана 24, сообщающей надпакерное межтрубное пространство А через центральный канал 17 с полостью насосно-компрессорных труб 18 и подпакерной полостью Б при открытом положении золотника 5 циркуляционного клапана 24.

Скважинная насосная установка с циркуляционным клапаном выравнивания давления в скважине работает следующим образом.

Скважинная насосная установка с электроприводным насосом 19, циркуляционным клапаном 24 выравнивания давления в скважине и колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) 18 установлена в стволе 22 скважины на заданной глубине, в которой циркуляционный клапан 24 в закрытом положении и временно зафиксированным на корпусе 2 срезными штифтами 10 сверху соединен с колонной НКТ 18, а снизу корпусом 2 - со шпинделем 6 пакера 21. С нарушением герметичности из-за свищей 25 на стволе 22 и необходимостью ремонта скважины скважинную насосную установку поднимают на поверхность. При этом давление в надпакерном межтрубном пространстве А и полости НКТ больше давления в пласте П и подпакерной полости Б скважины, которое, соответственно, давит на пакер 21, затрудняя подъем скважинной насосной установки на поверхность скважины. Чтобы облегчить подъем необходимо, по крайней мере, выровнять давление в надпакерном межтрубном пространстве А и полости НКТ с давлением в подпакерной полости Б с пластом П. Для этого рывком поднимают НКТ с золотником 5, последний срезает штифты 10 и поднимается вверх до упора выступом 14 в торцовый буртик 15 муфты 1, открывая собой радиальные отверстия 3 в полом цилиндрическом корпусе 2, сообщая надпакерное межтрубное пространство А через канал 16 с полостью 17 в корпусе 2. Одновременно открываются камера 9 с кольцевой канавкой 8 и продольный канал 7 в корпусе 2, сообщающие полость 17 в корпусе 2 и полость в НКТ 18 через трубку 13 с подпакерной полостью скважины, выравнивая давление в скважине выше и ниже пакера 21. После выравнивая давления скважинную установку поднимают на поверхность скважины, причем с подъемом скважинной установки одновременно жидкость постоянно перетекает из надпакерного межтрубного пространства А и из колонны НКТ 18 по каналам 16, 17 и 7 через трубку 13 и канал 23 в подпакерную полость Б скважины, облегчая подъем скважинной установки по мере ее подъема.

Предложенный циркуляционный клапан выравнивания давления в скважине может быть эффективно использован в различных скважинных насосных установках.

Группа изобретений относится к нефтедобывающей промышленности и может быть применена для эксплуатации скважин с применением электропогружных насосов. Клапан содержит соединенные между собой муфту и полый цилиндрический корпус с радиальными отверстиями, сообщающиеся с надпакерным межтрубным пространством. Внутренняя поверхность корпуса выполнена ступенчатой, в которой посредством манжет герметично размещен полый золотник с возможностью ограниченного осевого перемещения, соединяемый с колонной НКТ и временно зафиксированный на корпусе срезными штифтами, а снизу корпус соединяется, например, со шпинделем ниже установленного пакера. В корпусе выполнен продольный канал, сообщающийся с кольцевой канавкой, выполненной на внутренней поверхности корпуса, с образованием камеры. На золотнике выполнен выступ, упирающийся в торцовый буртик муфты, ограничивающий осевое перемещение золотника при его открытии с образованием между золотником и корпусом канала сообщения из надпакерного межтрубного пространства через радиальные отверстия и центральный канал в колонну НКТ и через камеру с кольцевой канавкой, продольный канал и трубку в подпакерную полость скважины. Технический результат заключается в повышении эффективности эксплуатации скважин. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Циркуляционный клапан выравнивания давления в скважине, содержащий соединенные между собой муфту и полый цилиндрический корпус с радиальными отверстиями, сообщающиеся с надпакерным межтрубным пространством, при этом внутренняя поверхность корпуса выполнена ступенчатой, в которой посредством манжет герметично размещен полый золотник с возможностью ограниченного осевого перемещения, соединяемый с колонной насосно-компрессорных труб, а снизу корпус клапана соединяется, например, со шпинделем ниже установленного пакера, отличающийся тем, что в корпусе выполнен продольный канал, сообщающийся с кольцевой канавкой, выполненной на внутренней поверхности корпуса, с образованием камеры, расположенные между манжетами при закрытом положении золотника, последний временно зафиксирован на корпусе срезными штифтами и расположен торцом с упором в уступ на внутренней ступенчатой поверхности корпуса, к продольному каналу которого, в свою очередь, с помощью штуцера присоединена трубка, сообщающаяся с подпакерной полостью скважины, а на золотнике выполнен выступ, упирающийся в торцовый буртик муфты, ограничивающий осевое перемещение золотника при его открытии с образованием между золотником и корпусом канала сообщения из надпакерного межтрубного пространства через радиальные отверстия и центральный канал в колонну насосно-компрессорных труб и через камеру с кольцевой канавкой, продольный канал и трубку в подпакерную полость скважины.

2. Скважинная насосная установка, содержащая колонну насосно-компрессорных труб, скважинный электроприводной насос с силовым кабелем, пакер с кабельным вводом, размещенный в стволе скважины выше насоса и оснащенный каналом перетока жидкости в межтрубное пространство выше или ниже пакера, отличающаяся тем, что между колонной насосно-компрессорных труб и пакером установлен циркуляционный клапан выравнивания давления в скважине, соединенный его золотником с колонной насосно-компрессорных труб, а корпусом - со шпинделем пакера, который сообщается со скважинным электроприводным насосом, при этом канал перетока жидкости пакера соединен с трубкой циркуляционного клапана, сообщающей надпакерное межтрубное пространство с полостью насосно-компрессорных труб и подпакерной полостью скважины через шпиндель при открытом положении золотника циркуляционного клапана.