Способ промывки скважинного погружного насоса и обратный клапан для осуществления способа Российский патент 2022 года по МПК E21B34/06 E21B37/00 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к технологиям и устройствам для добычи продукции пласта скважинным насосом и очистки скважинного насоса от отложений без подъема на поверхность.

Известен способ промывки скважинного глубинного электроцентробежного насоса (ЭЦН) (патент RU № 2513889, МПК Е21В 41/02, Е21В 37/06, опубл. 20.04.2014 Бюл. № 11), включающий подачу реагента в полость насоса, а также содержащий процедуру нагрева реагента перед подачей в насос, причем организуют дополнительное нагревание скважинной нефти в камере между ЭЦН и КОТ аналогично прогреву в камере ниже ЭЦН, а промывку насоса горячей нефтью производят несколькими циклическими движениями "вверх-вниз", а именно: вверх с помощью глубинного насоса, а вниз - через КОТ с помощью насосной установки с устья скважины и колонну лифтовых труб, причем для увеличения времени взаимодействия горячей нефти с отложениями производительность ЭЦН снижают со станции управления установки с помощью частотного регулятора силы тока.

Недостатками данного способа являются узкая область применения, так как может применяться только глубоких скважинах с положительной температурой скважинной жидкости из-за того, что при использовании в неглубоких скважинах в зимний период или в условиях «вечной мерзлоты» мощности нагрева погружными элементами не хватает, высокая стоимость, сложность реализации из-за необходимости спуска погружных нагревательных элементов, потребляющих большое количество электрической энергии, в скважину выше и ниже насоса и высокая вероятность заклинивания при использовании трехпозиционных клапанов , так как нет принудительного закрывания при заклинивании в открытом положении.

Наиболее близким является способ промывки скважинного погружного электроцентробежного насоса реагентом (патент RU № 2475628, МПК Е21В 37/06, опубл. 20.02.2013 Бюл. № 5), заключающийся в том, что реагент подают в полость насоса через клапан обратный трехпозиционный (КОТ), установленный над выкидным отверстием насоса, причем организуют подачу и сбор реагента над КОТ в лифтовых трубах через гибкую армированную трубку, спущенную с устья скважины на время обработки или установленную предварительно стационарно внутри колонны лифтовых труб или по межтрубному пространству скважины, а накопленный объем реагента над насосом и обратным клапаном продавливают в насос через КОТ путем создания необходимого перепада давления в колонне лифтовых труб с устья скважины для открытия КОТ в обратном направлении.

Недостатками данного способа являются узкая область применения, так как может применяться только в неглубоких скважинах из-за большой вероятности аварийных ситуаций при спуске параллельно труб (лифтовых труб и армированной трубки) на глубину более 200 м и высокая вероятность заклинивания при использовании трехпозиционных клапанов, так как нет принудительного закрывания при заклинивании в открытом положении.

Технической задачей предполагаемого изобретения является создание способа промывки скважинного погружного насоса, позволяющего расширить функциональные возможности за счет безаварийной работы в глубоких скважинах (более 200 м), и исключить заклинивание при использовании клапанов за счет принудительного закрывания повышение давления в затрубье лифтовых труб.

Известен клапан обратный трехпозиционный (патент RU № 104618, МПК Е21В 34/06, опубл. 20.05.2011 Бюл. № 14), содержащий корпус с верхней и нижней присоединительными резьбами, служащими для встраивания клапана в колонну насосно-компрессорных труб, запорный элемент в виде шара, пружину, причем корпус клапана выполнен составным и имеет верхнюю, среднюю и нижнюю части, полый шток закреплен внутри корпуса неподвижно, верхняя часть штока выполнена в виде седла для шара, а под седлом на нем выполнены сквозные радиальные каналы, в верхней части корпуса установлена втулка, являющаяся ограничителем движения шара вверх, выполненная в виде цанги, подвижным элементом клапана является полый поршень, расположенный на внешней образующей полого штока соосно с ним, и с возможностью перекрывать и открывать радиальные каналы полого штока, подвижный полый поршень подпружинен и имеет два бурта, между торцом верхней части составного корпуса и упором средней части корпуса установлены упорное и разрезное кольца.

Недостатками данного клапана являются сложности настройки из-за использования полого поршня с малым поперечным сечением для влияния повышенного давления при сжатии пружины, что требует изготовления специального клапана для каждых условий работы (давлений открывания) и высокая вероятность аварийных ситуаций при заклинивании клапан в открытом состоянии из-за отсутствия его принудительного закрывания.

Наиболее близким является обратный клапан (патент RU № 2391592, МПК F16K 15/04, F04D 13/10, E21B 34/00, опубл. 10.06.2010 Бюл. № 16), содержащий корпус с верхней и нижней внутренними присоединительными резьбами, служащими для встраивания клапана в колонну насосно-компрессорных труб, подвижный элемент со сквозными отверстиями, муфту для регулировки поджатия пружины, защитное уплотнение, поджатое пробкой, запорный элемент в виде шарика, причем подвижный элемент выполнен в виде ступенчатого стакана, допускающего перемещение в осевом направлении в направляющих и центрирующих сквозных отверстиях муфты и пробки, в котором выполнено осевое ступенчатое сквозное отверстие, в месте сопряжения разных диаметров отверстия выполнена фаска, являющаяся седлом для запорного элемента, при этом запорный элемент в виде шарика имеет возможность перемещения внутри отверстия большего диаметра.

Одним из недостатков известного обратного клапана является тот факт, что при промывке жидкость с химическими реагентами попадает во внутреннее пространство корпуса клапана, где установлена пружина, которая подвергается воздействию химически агрессивной среды и в результате появляется большая вероятность ее невозвратности в исходное положение, вследствие чего будет нарушен режим эксплуатации и потребуется проводить капитальный ремонт скважины, и отсутствие фиксации клапана в крайнем положении при закачке химических реагентов или промывке насоса, формирует поток среды, приводящий к пульсационной работе клапана, так же высокая вероятность аварийных ситуаций при заклинивании клапан в открытом состоянии из-за отсутствия его принудительного закрывания.

Технической задачей предлагаемого изобретения являются создание способа промывки скважинного погружного насоса и обратного клапана для промывки скважинного погружного насоса, позволяющих исключить агрессивное воздействие на пружину за счет изоляции ее от внутреннего пространства клапана, также исключить пульсирующее воздействие при промывке насоса за счет фиксации подвижного элемента (стакана с седлом клапана) при закачке промывочной жидкости и полностью исключить аварийных ситуация за счет возможности принудительного перемещения подвижного элемента в закрытое состояние повышенным затрубным давлением.

Техническая задача решается способом промывки скважинного погружного насоса, включающим подачу промывочной жидкости в полость насоса через обратный клапан, установленный над выкидным отверстием насоса в лифтовых трубах, созданием избыточного давления, достаточного для открытия через обратный клапан прямого тока жидкости – в сторону насоса.

Новым является то, что корпус обратного клапана перед установкой снизу дополнительно оснащают кольцевым цилиндром, сообщённым снизу с наружным пространством, и подвижным элементом с запорным элементом снизу, снабженным кольцевым поршнем, вставленным в кольцевой цилиндр с возможностью перемещения вниз – в рабочее положение из транспортного при сжатии пружины, при заклинивании подвижного элемента в рабочем положении с отсутствием возможности возврата в транспортное положение при помощи пружины в затрубье лифтовых труб создают избыточное давление, передающееся в кольцевой цилиндр для принудительного перемещения вверх кольцевого поршня с подвижным элементом – в транспортное положение.

Новым является также то, что при использовании одного или нескольких пакеров обратный клапан располагают выше них при спуске в скважину погружного насоса.

Техническая задача решается также обратным клапаном для промывки скважинного погружного насоса, включающим корпус с верхним и нижним присоединительными элементами для соединения с лифтовыми трубами выше скважинного погружного насоса, защитное уплотнение внутри корпуса, подвижный полый элемент с верхними и нижними сквозными отверстиями, седлом клапана внутри между ними, запорный элемент клапана в виде шара, выполненного с возможностью взаимодействия с седлом клапана, причем подвижный полый элемент поджат пружиной от корпуса вверх так, чтобы в транспортном положении подвижный элемент снаружи герметично взаимодействовал с зашитым уплотнением верхними и нижними сквозными отверстиями.

Новым является то, что корпус снизу дополнительно снабжен кольцевым цилиндром, сообщённым снизу с наружным пространством, а подвижный элемент снизу – кольцевым поршнем, вставленным в кольцевой цилиндр с возможностью перемещения вниз, корпус изнутри над защитным уплотнением оснащен также кольцевой выборкой, а выше пружины и ниже защитного уплотнения снабжен герметичной переточной камерой, сообщенной с нижними сквозными отверстиями в транспортном положении и верхними и нижними отверстиями при перемещении подвижного элемента относительно корпуса вниз – в рабочее положение, подвижный элемент снаружи выше верхних сквозных отверстий оснащен кольцевой проточкой под пружинное кольцо, выполненной с возможностью взаимодействие с кольцевой выборкой корпуса при перемещении подвижного элемента вниз для фиксации в рабочем положении.

На чертеже изображен обратный клапан для промывки скважинного погружного насоса.

Обратный клапан для промывки скважинного погружного насоса включает корпус 1 с верхним и нижним присоединительными элементами (резьбами, муфтами, быстросъемными соединениями или т.п. – не показаны) для соединения с лифтовыми трубами (не показаны) выше скважинного погружного насоса (не показан), защитное уплотнение 2 внутри корпуса 1, подвижный полый элемент 3 с верхними 4 и нижними 5 сквозными отверстиями, седлом 6 клапана внутри между ними, запорный элемент клапана в виде шара 7, выполненного с возможностью взаимодействия с седлом 6 клапана. Подвижный элемент поджат пружиной 8 от корпуса 1 вверх так, чтобы в транспортном положении подвижный элемент 3 снаружи герметично взаимодействовал с зашитым уплотнением 2 между верхними 4 и нижними 5 отверстиями благодаря ограничителю 9 подвижного элемента 3. Корпус 1 снизу дополнительно снабжен кольцевым цилиндром 10, сообщённым отверстиями 11 снизу с наружным пространством. Подвижный элемент 3 снизу снабжен кольцевым поршнем 12, вставленным в кольцевой цилиндр 11 с возможностью перемещения вниз. Корпус 1 изнутри над защитным уплотнением 2 оснащен также кольцевой выборкой 13, а выше пружины 8 и ниже защитного уплотнения 2 снабжен герметичной переточной камерой 14, сообщенной с нижними отверстиями 5 в транспортном положении и верхними 4 и нижними 5 отверстиями при перемещении подвижного элемента 3 относительно корпуса 1 вниз – в рабочее положение. Подвижный элемент 3 снаружи выше верхних отверстий 4 оснащен кольцевой проточкой 15 под пружинное кольцо 16, выполненной с возможностью взаимодействие с кольцевой выборкой 13 корпуса 1 при перемещении подвижного элемента 3 вниз для фиксации в рабочем положении при промывке скважинного погружного насоса.

Технологические соединения, уплотнения и конструктивные элементы, не влияющие на работоспособность обратного клапана, на чертеже не показаны или показаны условно.

Способ промывки скважинного погружного насоса реализуется в следующей последовательности.

Скважинный погружной насос соединяют сверху с лифтовыми трубами для спуска в скважину. Выше скважинного погружного насоса (над выкидным отверстием) размещают корпус 1 клапана при помощи верхнего и нижнего присоединительного элемента в состав лифтовых труб включают обратный клапан. Если выше скважинного погружного насоса устанавливают хоть один пакер (не показан), то корпус 1 клапана располагают выше верхнего из пакеров для исключения гидравлического отделения отверстий 11 корпуса 1 от устья скважины (не показаны).

После спуска скважинного погружного насоса и при наличии пакеров их установки скважинный погружной насос запускают в работу подачех питания по подводящему кабелю от блока питания (не показаны). При работе скважинного погружного насоса под действием восходящего потока добываемой жидкости, протекающего внутри корпуса 1 и подвижного элемента 3, шар 7 приподнимается над седлом 6, и поток жидкости обтекая шар 7, устремляется в лифтовые трубы и выносится из скважины на поверхность. В случае снижения производительности скважинного погружного насоса и/или возрастания токовых нагрузок в приводе (из-за засорения и/или нарастания солевой корки на рабочих органах) скважинный погружной насос останавливают, либо может произойти аварийная автоматическая остановка скважинного погружного насоса. При этом шар 7 клапана обратного опускается на седло 6 и перекрывает переток жидкости в обратном направлении в полость скважинного погружного насоса, таким образом, осуществляется функция обратного клапана. Задаваемый расчетный перепад давления в клапане над и под шаром 7, вызванный разностью давлений под обратным клапаном и давлением столба жидкости в колонне насосно-компрессорных труб над обратным клапаном, удерживается подвижным элементом 3 и пружиной 8, усилие сжатия которой предварительно регулируют перед в корпус 1. Так как верхние отверстия 4 расположены выше защитного уплотнения 2, а нижние 5 – ниже, благодаря ограничителю 9, то перетока жидкости сверху вниз через отверстия 4 и 5 не происходит.

Для очистки скважинного погружного насоса с устья скважины в лифтовые трубы закачивают промывочную жидкость (например, раствор или суспензию воды с растворителями) с созданием избыточного давления, благодаря которому шар 7 герметично садится в седло 6 и подвижный элемент 3, сжимая пружину 8, перемещается вниз относительно корпуса 1. При этом обратный клапан переходит в рабочее положение, для чего кольцевой поршень 12 подвижного элемента 3 входит в кольцевой цилиндр 10 корпуса 1, выдавливая жидкость из него через отверстия 11 в наружное пространство – в скважину; верхние отверстия 4, пройдя через защитное уплотнение 2, располагается в переточной камере 14 вместе с нижними отверстиями 5; пружинное кольцо 16 сжимается в кольцевой проточке 15, а потом разжимается в кольцевой выборке 13, фиксируя подвижный элемент 3 от возвратно-поступательных перемещений внутри корпуса 1 при закачке промывочной жидкости через обратный клапан в сторону скважинного погружного насоса. В результате промывочная жидкость в обратном клапане сверху попадает в корпус 1, полость подвижного элемента 3, в переточной камере 14 через верхние 4 и нижние 5 отверстия обтекает снаружи седло 6 с шаром 7 и через полость подвижного элемента 3 ниже седла 6 направляется по лифтовым трубам в сторону скважинного погружного насоса, который потоком этой жидкости очищается (промывается).

Так как пружина 8 располагается внутри корпуса 1 между герметичной переточной камерой 14 и герметичным кольцевым цилиндром, то она располагается в герметичном внутреннем пространстве 17 корпуса 1, что защищает ее от агрессивного воздействия как скважинной жидкости, так и реагентов, закачиваемых с промывочной жидкостью.

По завершении промывки скважинного погружного насоса по лифтовым трубам прокачивают чистую воду для очистки внутреннего пространства лифтовых труб и обратного клапана от агрессивных реагентов промывочной жидкости. Для возвращения обратного клапана в транспортное положение внутри лифтовых труб с устья снимают избыточное давление (перестают закачивать любую жидкость), при этом пружина 8, преодолевая усилие сжатия пружинного кольца 16, которое выходит из кольцевой выборки 13, перемещает подвижный элемент 3 вверх относительно корпуса 1 до упора ограничителя 9 в корпус 1. Верхние отверстия 4 располагаются выше защитного уплотнения 2, исключая переток жидкости сверху вниз в обратном клапане, который продолжает работать в обычном режиме после пуска в работу скважинного погружного насоса.

При заклинивании подвижного элемента 3 в рабочем положении (например, из-за агрессивности реагентов в промывочной жидкости, осаждения твердых частиц из добываемой жидкости между подвижным элементом 3 и корпусом 1, коррозии внутри корпуса при длительной эксплуатации или т.п.) с отсутствием возможности возврата в транспортное положение при помощи пружины 8 в затрубье лифтовых труб с устья скважины создают избыточное давление, которое через отверстия 10 передается в кольцевой цилиндр 11 для принудительного перемещения вверх кольцевого поршня 12 с подвижным элементом 3, переводя его и, как следствие, обратный клапан в транспортное положение. Тем самым полностью исключаются аварийные ситуации, связанные с заклиниванием подвижного элемента 3.

Предполагаемые способ промывки скважинного погружного насоса и обратный клапан для промывки скважинного погружного насоса позволяют исключить агрессивное воздействие на пружину за счет изоляции ее от внутреннего пространства клапана, также исключить пульсирующее воздействие при промывке насоса за счет фиксации подвижного элемента пружинным кольцом относительно корпуса при закачке промывочной жидкости и полностью исключить аварийных ситуация за счет возможности принудительного перемещения подвижного элемента в закрытое состояние повышенным затрубным давлением.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к технологиям и устройствам для добычи продукции пласта скважинным насосом и очистки скважинного насоса от отложений без подъема на поверхность. Способ промывки скважинного погружного насоса, включающий подачу промывочной жидкости в полость насоса через обратный клапан, установленный над выкидным отверстием насоса в лифтовых трубах, созданием избыточного давления, достаточного для открытия через обратный клапан прямого тока жидкости в сторону насоса. При этом корпус обратного клапана перед установкой снизу дополнительно оснащают кольцевым цилиндром, сообщённым снизу с наружным пространством, и подвижным элементом с запорным элементом снизу, снабженным кольцевым поршнем, вставленным в кольцевой цилиндр с возможностью перемещения вниз – в рабочее положение из транспортного при сжатии пружины. При заклинивании подвижного элемента в рабочем положении с отсутствием возможности возврата в транспортное положение при помощи пружины в затрубье лифтовых труб создают избыточное давление, передающееся в кольцевой цилиндр для принудительного перемещения вверх кольцевого поршня с подвижным элементом – в транспортное положение. Техническим результатом является исключение агрессивного воздействия на пружину за счет изоляции ее от внутреннего пространства клапана, исключение пульсирующего воздействия при промывке насоса за счет фиксации подвижного элемента пружинным кольцом относительно корпуса при закачке промывочной жидкости, исключение аварийных ситуаций за счет возможности принудительного перемещения подвижного элемента в закрытое состояние повышенным затрубным давлением. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ промывки скважинного погружного насоса, включающий подачу промывочной жидкости в полость насоса через обратный клапан, установленный над выкидным отверстием насоса в лифтовых трубах, созданием избыточного давления, достаточного для открытия через обратный клапан прямого тока жидкости в сторону насоса, отличающийся тем, что корпус обратного клапана перед установкой снизу дополнительно оснащают кольцевым цилиндром, сообщённым снизу с наружным пространством, и подвижным элементом с запорным элементом снизу, снабженным кольцевым поршнем, вставленным в кольцевой цилиндр с возможностью перемещения вниз – в рабочее положение из транспортного при сжатии пружины, при заклинивании подвижного элемента в рабочем положении с отсутствием возможности возврата в транспортное положение при помощи пружины в затрубье лифтовых труб создают избыточное давление, передающееся в кольцевой цилиндр для принудительного перемещения вверх кольцевого поршня с подвижным элементом в транспортное положение.

2. Способ промывки скважинного погружного насоса по п. 1, отличающийся тем, что при использовании одного или нескольких пакеров обратный клапан располагают выше них при спуске в скважину погружного насоса.

3. Обратный клапан для промывки скважинного погружного насоса, включающий корпус с верхним и нижним присоединительными элементами для соединения с лифтовыми трубами выше скважинного погружного насоса, защитное уплотнение внутри корпуса, подвижный полый элемент с верхними и нижними сквозными отверстиями, седлом клапана внутри между ними, запорный элемент клапана в виде шара, выполненного с возможностью взаимодействия с седлом клапана, причем подвижный полый элемент поджат пружиной от корпуса вверх так, чтобы в транспортном положении подвижный элемент снаружи герметично взаимодействовал с зашитым уплотнением между верхними и нижними сквозными отверстиями, отличающийся тем, что корпус снизу дополнительно снабжен кольцевым цилиндром, сообщённым снизу с наружным пространством, а подвижный элемент снизу – кольцевым поршнем, вставленным в кольцевой цилиндр с возможностью перемещения вниз, корпус изнутри над защитным уплотнением оснащен также кольцевой выборкой, а выше пружины и ниже защитного уплотнения снабжен герметичной переточной камерой, сообщенной с нижними сквозными отверстиями в транспортном положении и верхними и нижними отверстиями при перемещении подвижного элемента относительно корпуса вниз – в рабочее положение, подвижный элемент снаружи выше верхних сквозных отверстий оснащен кольцевой проточкой под пружинное кольцо, выполненной с возможностью взаимодействия с кольцевой выборкой корпуса при перемещении подвижного элемента вниз для фиксации в рабочем положении.