Скважинное клапанное устройство Российский патент 2024 года по МПК E21B34/06 F16K15/04 

Изобретение относится нефтегазодобывающей промышленности, а именно к глубинным клапанным устройствам, применяемым в скважинах.

Известен клапан штангового глубинного насоса (патент RU № 2202711, МПК F04B 53/10, F04B 47/00, опубл. 20.04.2003 Бюл. № 11), содержащий корпус с установленным в нем седлом, взаимодействующую с седлом тарель со штоком, проходящим через направляющую, выполненную в перегородке корпуса с периферийными отверстиями для прохода жидкости, и пружину сжатия, поджимающую тарель в сторону седла, отличающийся тем, что между перегородкой и пружиной установлен подвижный груз.

Недостатками данного устройства являются узкая область применения, так как он предназначен только для штангового глубинного насоса (ШГН), сложность конструкции из-за наличия большого количества точно подгоняемых деталей и снижение коэффициента полезного действия насоса (КПД) из-за необходимости для открывания клапана каждый раз преодолевать усилие прижимной пружины, также возможны аварийные ситуации, связанные с возможностью прикипания (за счёт коррозии, застывания асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) или т.п.) тарели к седлу после время длительного простоя (месяц и более, например, при обработке пласта, вскрытого скважиной, реагентами) из-за невозможности открытия клапана.

Наиболее близким по технической сущности является скважинное клапанное устройство (патент RU № 2202711, МПК F04B 53/10, F04B 47/00, опубл. 20.04.2003 Бюл. № 11), содержащее корпус с верхней внутренней и нижней наружной присоединительными резьбами и расположенный внутри него узел, состоящий из решетки для прохода через нее пластовой и промывочной жидкости, неподвижно установленной в расточке, выполненной в средней части корпуса, из клапанной пары, выполненной в виде седла и запорного элемента, имеющего возможность перемещения вдоль корпуса туда и обратно, и из механизма механического привода запорного элемента, включающего возвратно-прижимную пружину, причем расположенный внутри корпуса узел состоит из одной клапанной пары, в которой запорный элемент выполнен в виде тарелки, контактирует с седлом по его конической поверхности большим диаметром, обращенным в сторону решетки, и соединен с механизмом механического привода, в который наряду с возвратно-прижимной пружиной, расположенной между решеткой и запорным элементом, входит направляющая, проходящая через центральное отверстие в решетке, заканчивающаяся хвостовиком, выполненным с возможностью его захвата специальным инструментом, состоящим из цангового захвата, ясса и штанги грузовой, для выдвижения хвостовика в направлении от забоя к устью скважины, а седло зафиксировано от осевого перемещения посредством втулки, решетки и стопорного кольца, установленного в расточке корпуса.

Недостатками данного устройства являются узкая область применения, так как он предназначен только для электроцентробежного насоса (ЭЦН) и сложность конструкции из-за наличия большого количества точно подгоняемых деталей и снижение КПД из-за необходимости для открывания клапана преодолевать усилие прижимной пружины, также возможны аварийные ситуации, связанные с возможностью прикипания (за счёт коррозии, застывания асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) или т.п.) запорного элемента к седлу после время длительного простоя (месяц и более, например, при обработке пласта, вскрытого скважиной, реагентами) из-за невозможности открытия клапана.

Техническим результатом является создание скважинного клапанного устройства, позволяющего расширить область применения за счет возможности работы с любыми типами насосов (ШГН, ЭЦН, героторный насос и т.д.), упростить конструкцию и, как следствие, увеличить надежность за счет уменьшения количества подвижных элементов и повысить КПД за счет гравитационного (только за счет веса) перекрытия основного седла корпусом, а также исключить аварийные ситуации, связанные с возможность прилипания запорного элемента к седлу, за счет дублирования работы клапана.

Техническим решением является скважинное клапанное устройство, включающее корпус с верхней решеткой с как минимум одним продольным отверстием для прохода через нее пластовой и промывочной жидкости, расположенные в корпусе седло снизу и запорный орган, поджатый к седлу от решетки возвратно-прижимной пружиной, при этом герметичное перекрытие осуществляется за счет взаимодействия ответных конусных поверхности и отверстия.

Новым является то, что запорный орган изготовлен в виде шара, корпус размещен с возможностью продольного перемещения в полом цилиндре с перемычкой, снабженной осевым продольным отверстием, оснащенной сверху конусным отверстием, расширяющимся снизу вверх, а корпус оснащен снизу и снаружи конусной поверхностью под конусное отверстие, причем углы при вершине конусных поверхности и отверстия более угла заклинивания для их материалов корпуса и перемычки.

На чертеже изображено скважинное клапанное устройство в продольном разрезе

Скважинное клапанное устройство включает в себя корпус 1 с верхней решеткой 2 с как минимум одним продольным отверстием 3 для прохода через нее пластовой и промывочной жидкости, расположенные в корпусе 1 седло 4 снизу и запорный орган – шар 5, поджатый к седлу 4 от решетки возвратно-прижимной пружиной 6. Корпус 1 размещен с возможностью продольного перемещения в полом цилиндре 7 с перемычкой 8, снабженной осевым продольным отверстием 9, оснащенной сверху конусным отверстием 10, расширяющимся снизу вверх. Корпус 1 оснащен снизу и снаружи конусной поверхностью 11 под конусное отверстие 10 с возможностью его герметичного перекрытия. Причем углы α при вершине конусных поверхности 11 и отверстия 10 более угла заклинивания для их материалов корпуса 1 и перемычки 8 (например, для стали α˃12º) для исключения фиксации конусных поверхности 11 и отверстия 10 при взаимодействии.

Скважинное клапанное устройство работает следующим образом.

Устройство в сборе доставляют к месту сборки со скважинной компоновкой (пакер, насос или т.п. - не показана). Цилиндр 7 при присоединяют к компоновке (к пакеру, цилиндру насоса, к плунжеру насоса, выше насоса или т.п.) при помощи резьбы, фланцевого соединения сварки или т.п. (авторы на это не претендует), после чего компоновку на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) (не показана) спускают в скважину (не показана) в интервал установки (не показан). При повышении давления снизу перемычки 8 цилиндра 7 жидкость, отжимая конусную поверхность 11 корпуса 1 от конусного отверстия 10 перемычки 8, свободно перетекает через отверстия 9 и 10 снизу вверх, например, заполняя колонну НКТ. При повышении давления сверху перемычки 8 конусная поверхность 11 корпуса 1 прижимается к конусному отверстию 10 перемычки 8, исключая переток жидкости сверху вниз. При этом шар 5, поджимаемый к седлу 4 пружиной 6, исключает любые перетоки жидкости через внутреннее пространство корпуса 1. То есть скважинное клапанное устройство работает как обычный гравитационный клапан. Так как площадь соприкосновения конусной поверхности 11 корпуса 1 к конусному отверстию 10 перемычки 8, то межремонтный период, как показала практика, увеличивается как минимум в два раза по сравнению с представленными аналогами и шаровыми гравитационными клапанами (нет показаны), что свидетельствует о повышении надежности предлагаемого клапанного устройства.

Во время длительного простоя (месяц и более, например, при обработке пласта, вскрытого скважиной, реагентами) конусная поверхность 11 корпуса 1 может прикипеть (за счёт коррозии, застывания асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) или т.п.) к конусному отверстию 10 перемычки 8, тогда при повышении давления снизу шар 5, преодолевая усилие пружины 5 отходит от седла 4 открывая переток жидкости снизу вверх через отверстия 9 и 10, седло 4, внутреннее пространство корпуса 1 и отверстие 3 решетки 2. При повышении давления сверху шар 5, поджимаемый к седлу 4 пружиной 6, исключает любые перетоки жидкости сверху вниз в дублирующем режиме. Таким образом полностью исключатся аварийные ситуации, связанные невозможностью перетоков жидкости снизу вверх через скважинное клапанное устройство.

При этом пружина 6 создает дополнительное сопротивление потоку жидкости, что отмечается на устье скважины повышением расхода на подъем жидкости на поверхность, исходя из чего принимается решение вызова обслуживавшей бригады. Обслуживающая бригада извлекает из скважины колонну НКТ и компоновку со скважинным клапанным устройством, которое меняют на новое или отремонтированное и спускают компоновку со скважинным клапанным устройством на колонне НКТ в скважину.

Извлеченное скважинное клапанное устройство замачивают в растворителе (уайт-спирит, керосин или т.п.), и/или смазывающей жидкости (WD-40, отработанное масло или т.п.), после чего при помощи ручного, электрического или пневматического оборудования корпус 1 извлекают из цилиндра 7. Растворителями и мелким абразивом (зернистостью 240 и выше) очищают конические поверхность 11 и отверстие 10 от ржавчины и/или АСПО. Затем конические поверхность 11 и отверстие 10 притирают к друг другу при помощи алмазных пасти и/или пасты Гои до получения герметичного соединения, после чего скважинное клапанное устройство после сборки готово к работе. Количество подобных ремонтов практически не ограничено, так как снимается небольшой слой материала корпуса 1 и перемычки 8 цилиндра 7.

Предлагаемое скважинное клапанное устройство позволяет расширить область применения за счет возможности работы с любыми типами насосов (ШГН, ЭЦН, героторный насос и т.д.), упростить конструкцию и, как следствие, увеличить надежность за счет уменьшения количества подвижных элементов и повысить КПД за счет гравитационного (только за счет веса) перекрытия конусного отверстия перемычки конусной поверхностью корпуса, а также исключить аварийные ситуации, связанные с возможность прилипания запорного элемента к седлу, за счет дублирования работы клапанного устройства.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к глубинным клапанным устройствам, применяемым в скважинах. Скважинное клапанное устройство включает корпус с верхней решеткой с как минимум одним продольным отверстием для прохода через нее пластовой и промывочной жидкости. В корпусе снизу расположено седло. Запорный орган поджат к седлу от решетки возвратно-прижимной пружиной. Герметичное перекрытие осуществляется за счет взаимодействия ответных конусных поверхности и отверстия. Запорный орган изготовлен в виде шара, корпус размещен с возможностью продольного перемещения в полом цилиндре с перемычкой, снабженной осевым продольным отверстием. Перемычка оснащена сверху конусным отверстием, расширяющимся снизу вверх. Корпус оснащен снизу снаружи конусной поверхностью под конусное отверстие. Углы при вершине конусных поверхности и отверстия более угла заклинивания для материалов корпуса и перемычки. Достигается технический результат – обеспечение возможности работы с любыми типами насосов, упрощение конструкции и повышение надежности. 1 ил.

Скважинное клапанное устройство, включающее корпус с верхней решеткой с как минимум одним продольным отверстием для прохода через нее пластовой и промывочной жидкости, расположенные в корпусе седло снизу и запорный орган, поджатый к седлу от решетки возвратно-прижимной пружиной, при этом герметичное перекрытие осуществляется за счет взаимодействия ответных конусных поверхности и отверстия, отличающееся тем, что запорный орган изготовлен в виде шара, корпус размещен с возможностью продольного перемещения в полом цилиндре с перемычкой, снабженной осевым продольным отверстием и оснащенной сверху конусным отверстием, расширяющимся снизу вверх, а корпус оснащен снизу снаружи конусной поверхностью под конусное отверстие, причем углы при вершине конусных поверхности и отверстия более угла заклинивания для материалов корпуса и перемычки.