Клапан для слива жидкости из НКТ (варианты) Российский патент 2023 года по МПК E21B34/14 

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности, в частности к клапанным устройствам для сообщения полости насосно-компрессорных труб (НКТ) с межтрубным пространством в скважинах, эксплуатируемых штанговыми насосами (ШГН). Может применяться для разных технологических операций и, в частности, для слива жидкости из НКТ перед подъемом их и оборудования из скважины.

Существует большое количество клапанов для слива жидкости: сбивные клапаны, мембраны и т.п.

Известен сливной клапан для скважин, эксплуатируемых скважинными насосами (патент на полезную модель RU № 111885, МПК Е21В 34/06, опубл. 27.12.2011 г., бюл. № 36), содержащий эластичную мембрану и шайбу для регулирования давления срабатывания.

Его недостатками являются одноразовость и большой разброс давлений срабатывания, приводящий к срабатыванию при эксплуатации и, наоборот, невозможности срабатывания.

Наиболее близок по своей технической сущности к предлагаемому клапан механический (патент RU № 2685360, МПК Е21В 34/14, опубл. 17.04.2019 г., бюл. № 11), содержащий корпус с отверстием, закрываемый поршнем с уплотнениями и цангой с буртиками для фиксации в корпусе. Перемещение поршня осуществляют центратором, жестко закрепленным на насосной штанге.

Его недостатками являются сложность конструкции и ненадежность из-за наличия цанги и возможности поломки её лепестков, сложность сборки из-за установки уплотнений внутри корпуса, аварийная опасность из-за износа НКТ под действием постоянно перемещающегося вместе со штангами жесткого центратора большого диаметра.

Техническими задачами предлагаемого клапана являются упрощение конструкции клапана и его сборки, повышение надежности.

Указанные задачи решаются клапаном для слива жидкости из НКТ в скважинах, эксплуатируемых ШГН, содержащим корпус, подвижную втулку, перекрывающую отверстие в НКТ, с ограничителями перемещения, систему фиксации втулки и устанавливаемый на штанговой колонне толкатель.

Новым является то, что система фиксации выполнена в виде упругого разрезного кольца, взаимодействующего поочередно с двумя ответными канавками, при этом эластичные уплотнения жестко закреплены на подвижной втулке, а отверстие в НКТ размещено в канавке с закругленными краями, а толкатель выполнен эластичным или упругим и установлен на штанге между двумя замковыми соединениями с возможностью осевого перемещения.

Новым является также то, что толкатель выполнен с наружным диаметром, обеспечивающим его фиксацию внутри НКТ от действия собственного веса.

Новым является также то, что для ограничения перемещения на наружной поверхности втулки выполнена проточка шириной, соответствующей амплитуде движения втулки, взаимодействующая с герметично установленным радиальным штифтом в корпусе клапана.

Указанные задачи решаются также клапаном для слива жидкости из НКТ в скважинах, эксплуатируемых ШГН, содержащим корпус, подвижную втулку, перекрывающую отверстие в НКТ, с ограничителями перемещения, систему фиксации втулки и устанавливаемый на штанговой колонне толкатель.

Новым является то, что система фиксации выполнена в виде упругого разрезного кольца, взаимодействующего поочередно с двумя ответными канавками, эластичные уплотнения жестко закреплены на подвижной втулке, отверстие в НКТ размещено в канавке с закругленными краями, толкатель выполнен жёстким с наружным диаметром, обеспечивающим плотное прохождение его через проход втулки, на втулке выполнена сквозная продольная прорезь, взаимодействующая с консольным стержнем, радиально закрепленным в стенке корпуса и выступающим внутрь прохода втулки, выполненным с возможностью упругого изгиба или поворота.

Новым является также то, что в качестве толкателя используют плунжер насоса, а проход втулки выполнен диаметром, соответствующим плунжеру.

На фиг. 1 показан клапан в закрытом положении, а толкатель размещен ниже него.

На фиг. 2 показан клапан в открытом положении, а толкатель - выше него.

На фиг. 3 показано поперечное сечение толкателя вместе с НКТ, муфтой и штангой.

На фиг. 4 показан клапан с прямым стержнем в открытом положении.

На фиг. 5 показан клапан с согнутым стержнем при прохождении толкателя в закрытом положении.

На фиг. 6 показан клапан с прямым стержнем в закрытом положении.

На фиг. 7 показан клапан с согнутым стержнем при прохождении толкателя в открытом положении

На фиг. 8 показан вид на прорезь изнутри.

Клапан (фиг. 1 и фиг. 2) содержит трубчатый корпус 1 с резьбой 2 по концам для соединения с НКТ 3 через муфты 4 с отверстием 5, выполненным в канавке 6 с фасками 7 и резьбовым штифтом 8 с уплотнениями 9 и гладким наконечником 10, выступающим внутрь корпуса 1. На внутренней поверхности 11 корпуса 1 выполнены также две одинаковых канавки: верхняя 12 и нижняя 13.

Внутри корпуса 1 с возможностью продольного перемещения установлена подвижная втулка 14 с проточкой 15, взаимодействующей с выступающим наконечником 10 штифта 8, разрезным упругим кольцом 16, размещенным в канавке 17 и двумя эластичными уплотнениями - верхним 18 и нижним 19, жестко закрепленными (например, приклеенными) в соответствующих канавках. Проход 20 втулки 14 снабжён фасками 21, выполненными до наружной её поверхности для исключения упора торцов плунжера при проходе через втулку 14.

На насосную штангу 22 одет с возможностью скольжения толкатель 23, выполненный в виде втулки 24 с эластичными выступами 25, имеющими размеры, обеспечивающие фиксацию его от действия силы собственного веса внутри колонны НКТ 3 и трения штанги 22. Штанга снабжена утолщёнными более прохода толкателя 23 верхним 26 и нижним 27 замками для соединения штанговой колонны 28.

Клапан (фиг. 4 и фиг. 8) содержит втулку 14 со сквозной прорезью 29, взаимодействующую с упругим гибким стержнем 30, герметично установленным радиально в корпусе 1 и выступающим внутрь, в проход втулки 14 концом 31. Корпус 1 снабжен верхним 32 и нижним 33 ограничителями.

Толкатель 34 выполнен жёстким с наружным диаметром, обеспечивающим плотное прохождение его через проход втулки установлен на штанге 22 подвижно или жёстко.

Работает клапан следующим образом.

Сначала собирают клапан, для этого подвижную втулку 14 вставляют внутрь корпуса 1 до вхождения упругого разрезного кольца 16 в нижнюю канавку 13. Затем завинчивают штифт 8, герметизируемый уплотнением 9, при этом его наконечник 10 касается боковой поверхностью верхнего торца проточки 15, препятствуя движению втулки 14 вниз, уплотнения 18 и 19 отсекают канавку 6 и отверстие 5 от полости НКТ 3.

Затем при спуске штангового насоса в колонну НКТ 3 с помощью резьбы 2 на концах корпуса 1 устанавливают сливной клапан на расстоянии одной- двух труб выше насоса (на фиг. 1-8 не показан), с замером его положения относительно насоса.

После спуска насоса в скважину спускают на штанговой колонне 2 плунжер насоса, установив толкатель 23 между верхним 26 и нижним 27 замками на таком расстоянии от нижнего плунжера до всасывающего клапана насоса, чтобы при достижении плунжером всасывающего клапана, верхний замок 26 протолкнул толкатель 23 через втулку 14 ниже клапана, как показано на фиг. 1, при этом втулка 14 останется в своем нижнем закрытом положении, т.к. верхний торец проточки15 упирается в наконечник 10 штифта 8.

Далее запускают насос в работу, колонна штанг 26 движется вверх, а толкатель остается на месте, т.к. его эластичные выступы 23 плотно прижаты к НКТ 3 и удерживают его на месте, а нижний замок 25 не доходит до клапана, т.к. длина штанги 20 больше длины хода плунжера насоса. А подвижная втулка 14 удерживается в нижнем закрытом положении упругим разрезным кольцом 16, взаимодействующим с нижней канавкой 13.

При проведении подземных ремонтов поднимают сначала колонну штанг 26, штанга 20 скользит внутри толкателя 21, пока нижний замок 25 не упрется в толкатель 21, после этого он перемещается вместе с колонной штанг 26. Достигнув подвижной втулки 14, выступы 23 сжимаются и входят внутрь нее за счет силы трения их о внутреннюю поверхность, упругое кольцо 16 сжимается и выходит из нижней канавки 13, втулка 14 перемещается вверх до упора наконечника 10штифта 8 в нижний торец проточки 15. При этом разрезное кольцо 16 садится в верхнюю канавку 12, фиксируя втулку 14 от опускания вниз под собственным весом, нижнее уплотнение 19 становится выше канавки 6 и отверстия 5, открывая сообщение полости НКТ 3 с межтрубным пространством и обеспечивая слив жидкости из НКТ 3.

Клапан можно использовать не только для слива жидкости из НКТ 3 при ремонте, но и для различных промывок и ОПЗ пласта во время эксплуатации скважины.

Для этого приподняв колонну штанг 26 и открыв клапан, как при сливе, произведя ОПЗ пласта или промывку НКТ 3, закрыть клапан, опустив вниз колонну штанг 26. Верхний замок 24 проталкивает толкатель через втулку 14, перемещая ее вниз до упора наконечника 10 штифта 8 в верхний торец проточки 15, при этом упругое разрезное кольцо 16 переходит из верхней канавки 12 в нижнюю 13, фиксируя втулку 14 в нижнем закрытом положении.

Можно подобрать длину штанги 20 и полированного штока на устье скважины, обеспечивающих закрытие и открытие клапана в пределах длины полированного штока без разборки устьевого сальника.

Толкатель может быть и металлическим с подпружиненными или эластичными выступами 23. Размещение отверстия 5 внутри канавки 6 с фасками 7 обеспечивает сохранность уплотнения 19 при открытии и закрытии клапана, отверстие 5 может быть не одно. Вместо проточки 15 на наружной поверхности втулки 14 может быть выполнен паз соответствующей длины. Верхнее уплотнение 18 может быть выполнено в любом месте втулки 14 выше канавки 6, при выполнении его выше проточки 15, штифт 8 можно не герметизировать, т.к. в закрытом положении клапана уплотнения 18 и 19 отсекают от полости НКТ и отверстие 5 и возможные негерметичности штифта 8.

Клапан с гибким стержнем работает следующим образом.

После спуска его в скважину в составе колонны в открытом виде, спускают на колонне штанг 28 толкатель 34 (фиг. 4), который упирается в конец 31 стержня 30. Последний, сгибаясь, упирается в нижний край прорези 29, толкает втулку 14 вниз и срывает разрезное кольцо 16 с верхней канавки 12.

При дальнейшем движении нижний торец втулки 14 упирается в нижний ограничитель 33, одновременно разрезное кольцо 16 входит в нижнюю канавку 13, стержень 30, согнувшись, прячется внутри прорези 29, не мешая толкателю 34 двигаться вниз, а втулка 14 перекрывает отверстие 5 (фиг. 5).

После полного прохождения толкателем 34 прорези 29 стержень 30 распрямляется около верхнего конца прорези 29 (фиг. 6), а конец его 31 выступает за внутреннюю поверхность 20 втулки 14. Скважина готова к работе, а клапан - к открыванию.

При проведении ремонта скважины колонну штанг 28 поднимают вверх, толкатель 34 упирается в конец 31 стержня 30 и, сгибая его, перемещает втулку 14 вверх, открывая отверстие 5(фиг. 7). При этом кольцо 16 перескакивает из нижней канавки 13 в верхнюю 12, стержень 30, согнувшись, пропускает толкатель 34 вверх, а после его прохождения распрямляется у нижней кромки прорези 29 (фиг. 4). Клапан открыт и готов к закрытию при движении толкателя 34 вниз.

Стержень 30 может быть выполнен не обязательно цилиндрическим, а также в виде плоской пружины или подпружиненного стержня на шарнире. В последнем случае он, чтобы спрятаться в прорези 29, будет просто поворачиваться без изгиба. Ограничители 32 и 33 могут быть выполнены так же, как и в п. 3 формулы изобретения, также эту роль при достаточно прочном исполнении может выполнять и стержень 30. Кроме того, для снижения нагрузки и её равномерного распределения можно установить несколько стержней по окружности.

Таким образом разработаны простые, надежные, удобные в эксплуатации и монтаже варианты сливного клапана, позволяющие также производить любые промывки и ОПЗ пласта.

Группа изобретений относится к области нефтедобывающей промышленности, в частности к клапанным устройствам для сообщения полости насосно-компрессорных труб (НКТ) с межтрубным пространством в скважинах, эксплуатируемых штанговыми насосами (ШГН). Клапан для слива жидкости из НКТ в скважинах, эксплуатируемых ШГН, содержит корпус, подвижную втулку, перекрывающую отверстие в НКТ, с ограничителями перемещения, систему фиксации втулки и устанавливаемый на штанговой колонне толкатель. Ограничитель перемещения выполнен в виде проточки на наружной поверхности втулки, взаимодействующей с герметично установленным радиальным штифтом в корпусе клапана и выполненной длиной, соответствующей амплитуде движения втулки вдоль её продольной оси. Система фиксации выполнена в виде упругого разрезного кольца, установленного в радиальной канавке втулки и взаимодействующего поочередно с двумя ответными радиальными канавками, выполненными на внутренней поверхности корпуса. Эластичные уплотнения жестко закреплены на подвижной втулке. Отверстие в НКТ выполнено в радиальной канавке с фасками. Толкатель установлен на штанге между двумя замковыми соединениями и выполнен в виде втулки с эластичными выступами, имеющими размеры, обеспечивающие его фиксацию внутри колонны НКТ. По второму варианту клапана на втулке выполнена сквозная радиальная прорезь, взаимодействующая с консольным стержнем, герметично установленным радиально в корпусе и выступающим внутрь прохода втулки, выполненным с возможностью упругого изгиба или поворота. Толкатель выполнен жёстким с наружным диаметром, обеспечивающим плотное прохождение его через проход втулки. Достигается технический результат – упрощение конструкции клапана, его сборки и повышение надежности. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Клапан для слива жидкости из НКТ в скважинах, эксплуатируемых ШГН, содержащий корпус, подвижную втулку, перекрывающую отверстие в НКТ, с ограничителями перемещения, систему фиксации втулки и устанавливаемый на штанговой колонне толкатель, отличающийся тем, что ограничитель перемещения выполнен в виде проточки на наружной поверхности втулки, взаимодействующей с герметично установленным радиальным штифтом в корпусе клапана и выполненной длиной, соответствующей амплитуде движения втулки вдоль её продольной оси, система фиксации выполнена в виде упругого разрезного кольца, установленного в радиальной канавке втулки и взаимодействующего поочередно с двумя ответными радиальными канавками, выполненными на внутренней поверхности корпуса, эластичные уплотнения жестко закреплены на подвижной втулке, отверстие в НКТ выполнено в радиальной канавке с фасками, толкатель установлен на штанге между двумя замковыми соединениями и выполнен в виде втулки с эластичными выступами, имеющими размеры, обеспечивающие его фиксацию внутри колонны НКТ.

2. Клапан для слива жидкости из НКТ в скважинах, эксплуатируемых ШГН, содержащий корпус, подвижную втулку, перекрывающую отверстие в НКТ, с ограничителями перемещения, систему фиксации втулки и устанавливаемый на штанговой колонне толкатель, отличающийся тем, что корпус снабжен верхним и нижним ограничителями перемещения, система фиксации выполнена в виде упругого разрезного кольца, установленного в радиальной канавке втулки и взаимодействующего поочередно с двумя ответными радиальными канавками, выполненными на внутренней поверхности корпуса, эластичные уплотнения жестко закреплены на подвижной втулке, отверстие в НКТ выполнено в радиальной канавке с фасками, на втулке выполнена сквозная радиальная прорезь, взаимодействующая с консольным стержнем, герметично установленным радиально в корпусе и выступающим внутрь прохода втулки, выполненным с возможностью упругого изгиба или поворота, толкатель выполнен жёстким с наружным диаметром, обеспечивающим плотное прохождение его через проход втулки.

3. Клапан для слива жидкости из НКТ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве толкателя используют плунжер насоса, а проход втулки выполнен диаметром, соответствующим плунжеру.