Клапан опрессовочный Российский патент 2020 года по МПК E21B34/06 E21B34/10 

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано для проведения опрессовки насосно-компрессорных труб (НКТ) перед проведением технологических операций в скважине, с возможностью последующего восстановления циркуляции для проведения закачки различных технологических жидкостей, тампонирующих и цементных растворов, а также промывки скважины.

Известно устройство для опрессовки колонны насосно-компрессорных труб, содержащее опрессовочный клапан, заякоривающий узел и уплотнительный узел. Полый корпус опрессовочного клапана состоит из подвижной и неподвижной частей, входящих в уплотнительный узел. На подвижной части полого корпуса предусмотрен кольцевой разделитель. С одной стороны кольцевого разделителя установлен вспомогательный уплотнитель механизма посадки в виде манжеты L-образного сечения, открытый торец которой обращен к полости высокого давления и снабжен ограничительным кожухом, а с другой стороны – основной сальниковый уплотнитель, контактирующий с неподвижной частью полого корпуса опрессовочного клапана, выполненной с возможностью посадки в седло заякоривающего узла. Опрессовочный клапан оснащен разгрузочным клапаном, выполненным в виде кинематической пары «шток-цилиндр» с уплотненным разъемом. В конструкцию введен механизм фиксации разгрузочного клапана в его открытом положении (патент РФ №2279537, МПК E21B 34/06, опубликован 10.07.2006г.).

Недостатками известного устройства являются сложность конструкции и, как следствие, низкая надежность, а также необходимость применения дополнительного наземного оборудования или агрегатов для извлечения клапана из колонны НКТ.

Известен клапан опрессовочный, включающий корпус, в котором выполнены циркуляционные отверстия и резьба для присоединения к колонне насосно-компрессорных труб. Клапан опрессовочный содержит седла для бросовых шаров различного диаметра и сбивной штырь, в корпусе зафиксировано штифтами нижнее седло меньшего диаметра и герметично установлено верхнее седло большего диаметра, а также выполнены отверстия для выравнивания давления внутри корпуса клапана. При этом седло большего диаметра герметично перекрывает циркуляционные отверстия, выполненные в корпусе. Клапан также содержит кожух во избежание прихвата при закачке цементных растворов и срезки цементного раствора ниже циркуляционных отверстий, навернутый на гайку, установленную на резьбе, выполненной на наружной поверхности корпуса, и зафиксированную контргайкой (патент РФ №186913, МПК E21B 34/06, опубликован 11.02.2019г.).

Недостатками известного клапана опрессовочного являются:

- наличие множества отверстий различного назначения, в которые попадает скважинная жидкость во время спуска оборудования в скважину, в результате чего возможно забивание данных отверстий механическими примесями, содержащимися в скважинной жидкости, и, как следствие, отказ устройства;

- герметичность клапана для проведения опрессовки колонны НКТ достигается сбросом малого шара с устья в скважину, что снижает вероятность герметичной посадки шара в седло по причине возможного отложения механических примесей, содержащихся в скважинной жидкости, на рабочую поверхность седла;

- в случае неполного слома сбивного штыря и, как следствие, повисания лома на сбивном штыре или заклинивания лома в верхнем седле большего диаметра, операция по восстановлению циркуляции будет неосуществима по причине невозможности доведения шара большего диаметра до посадочного седла.

Технический результат заключается в упрощении конструкции клапана опрессовочного и обеспечении спуска его в скважину изначально в собранном герметичном состоянии для проведения опрессовки колонны НКТ, повышении надежности работы клапана опрессовочного за счет отсутствия элементов, загрязнение которых механическими примесями, содержащимися в скважинной жидкости, во время спуска клапана в скважину, может привести к отказу работы клапана, а также за счет исключения самопроизвольного срабатывания клапана и открытия циркуляционных отверстий, в обеспечении возможности регулирования давления открытия циркуляционных отверстий для восстановления циркуляции жидкости по НКТ.

Технический результат достигается клапаном опрессовочным, содержащим кожух, внутри которого установлен ствол с радиальными циркуляционными отверстиями и заглушкой в нижней части, сбивной элемент, перекрывающий боковое отверстие ствола, при этом, согласно изобретению, в кольцевом пространстве между кожухом и стволом при помощи срезных штифтов герметично установлен поршень, перекрывающий радиальные циркуляционные отверстия ствола, при этом над поршнем образована кольцевая камера, сообщающаяся с отверстием сбивного элемента, который установлен в боковом отверстии ствола.

На фиг. представлена схема клапана опрессовочного в транспортном положении.

Клапан опрессовочный (фиг.) состоит из кожуха 1, внутри которого расположен ствол 2 с заглушкой 3 в нижней части. В кольцевом пространстве между кожухом 1 и стволом 2 герметично установлен поршень 4, перекрывающий радиальные циркуляционные отверстия 5 ствола 2. Поршень 4 зафиксирован на стволе 2 при помощи срезных штифтов 6 и снабжен уплотнительными элементами 7 для обеспечения герметичности. Над поршнем 4 образована кольцевая камера 8, сообщающаяся с отверстием 9 сбивного элемента 10, установленного в боковом отверстии ствола 2.

Клапан опрессовочный работает следующим образом.

Клапан опрессовочный спускают в скважину на колонне НКТ на заданную глубину, с поинтервальной опрессовкой на необходимое давление. После конечной опрессовки в колонну НКТ сбрасывается металлический ломик, при помощи которого происходит разрушение сбивного элемента 10. Жидкость из внутренней полости ствола 2 через отверстие 9 разрушенного сбивного элемента 10 попадает в кольцевую камеру 8 над поршнем 4. Далее создают расчетное давление для среза штифтов 6, в результате чего происходит перемещение поршня 4 вниз и открытие радиальных циркуляционных отверстий 5 ствола 2, сообщающих пространство внутри НКТ над и под клапаном. Поршень 4 перемещается вниз и устанавливается над переводником 11. Циркуляция жидкости по колонне НКТ восстанавливается.

Конструкция клапана опрессовочного изначально позволяет спускать его в скважину в собранном герметичном состоянии, что исключает возможность засорения стыковочных элементов клапана механическими примесями, содержащимися в скважинной жидкости, во время спуска клапана в скважину, и, как следствие, многократно снижает риск негерметичности клапана во время опрессовки НКТ и повышает надежность.

Рабочий поршень находится в зоне пониженного (скважинного) давления – в кольцевом пространстве между кожухом и стволом – и не подвергается воздействию повышенного давления во время опрессовки колонны НКТ, что исключает риск самопроизвольного срабатывания клапана и открытие циркуляционных отверстий.

Установка различного количества срезных штифтов позволяет регулировать давление схода поршня и, как следствие, открытия циркуляционных отверстий для восстановления циркуляции жидкости по колонне НКТ в зависимости от поставленных задач и горно-геологических условий скважины.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано для проведения опрессовки насосно-компрессорных труб (НКТ) перед проведением технологических операций в скважине, с возможностью последующего восстановления циркуляции для проведения закачки различных технологических жидкостей, тампонирующих и цементных растворов, а также промывки скважины. Клапан опрессовочный содержит кожух, внутри которого установлен ствол с радиальными циркуляционными отверстиями и заглушкой в нижней части, сбивной элемент, перекрывающий боковое отверстие ствола. В кольцевом пространстве между кожухом и стволом при помощи срезных штифтов герметично установлен поршень, перекрывающий радиальные циркуляционные отверстия ствола. Над поршнем образована кольцевая камера, сообщающаяся с отверстием сбивного элемента, который установлен в боковом отверстии ствола. Достигается технический результат – упрощение конструкции и повышение надежности работы клапана опрессовочного за счет отсутствия элементов, загрязнение которых механическими примесями, содержащимися в скважинной жидкости, во время спуска клапана в скважину может привести к отказу работы клапана, а также за счет исключения самопроизвольного срабатывания клапана и открытия циркуляционных отверстий, обеспечение возможности регулирования давления открытия циркуляционных отверстий для восстановления циркуляции жидкости по НКТ. 1 ил.

Клапан опрессовочный, содержащий кожух, внутри которого установлен ствол с радиальными циркуляционными отверстиями и заглушкой в нижней части, сбивной элемент, перекрывающий боковое отверстие ствола, отличающийся тем, что в кольцевом пространстве между кожухом и стволом при помощи срезных штифтов герметично установлен поршень, перекрывающий радиальные циркуляционные отверстия ствола, при этом над поршнем образована кольцевая камера, сообщающаяся с отверстием сбивного элемента, который установлен в боковом отверстии ствола.