КЛАПАН СКВАЖИННЫЙ ДВУХПОЗИЦИОННЫЙ Российский патент 2025 года по МПК E21B34/10 E21B43/12 F16K17/06 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к клапанным устройствам для скважин, оборудованных глубинными электроцентробежными насосами, и может быть использовано при добыче нефти, промывке, глушении и освоении нефтегазодобывающих скважин.

В компоновке скважин с электроцентробежным насосом (ЭЦН) по регламентным документам эксплуатации таких установок предусмотрен обратный клапан в виде корпуса, седловины и шара, устанавливаемый непосредственно над ЭЦН. Обратный клапан способен пропускать пластовые флюиды только в одну сторону - снизу вверх и необходим для исключения стекания нефти и попутной воды вниз через насос в межтрубное пространство и продуктивный пласт. При таком движении флюидов вниз на рабочих колесах и направляющих аппаратах ЭЦН скапливаются механические примеси, которые могут при пуске установки в работу спровоцировать торможение вращения вала и рабочих колес вплоть до слома вала насоса.

В связи с наличием обратного клапана в скважинах с электроцентробежным насосом возникает другая проблема - становится невозможным прямая промывка насоса через колонну насоснокомпрессорных труб (НКТ) для удаления отложений из асфальтосмолопарафиновых веществ, карбонатных и сульфидных соединений. Растворители этих веществ уже невозможно закачать с устья скважины по колонне НКТ с помощью передвижных насосных агрегатов. Для решения этой проблемы на сайте ФИПС имеются патенты на изобретения клапанов промывочных двухстороннего действия.

В частности, известен клапан универсальный по изобретению на патент РФ №2405998 (опубл. 10.12.2010, бюл. 34), состоящий из корпуса, полого 1 штока с пружиной, запорного блока с массой других элементов конструкции, которые вместе организуют движение жидкости вниз по колонне НКТ. Жидкость проходит через этот клапан в полость насоса при создании давления и силы, превышающей силу сжатия пружины клапанного блока с последующим его открытием. Конструкция клапана универсального перегружена большим количеством элементов, которые могут коррозировать, забиваться механическими примесями и быстро выходить из режимной и эффективной эксплуатации.

Известна конструкция клапана обратного трехпозиционного КОТ-93 фирмы НПФ «Пакер» (Каталог продукции НПФ "Пакер". - 2011.- №10 - С.106-107; http://www.npf@paker.ru.), где между корпусом и неподвижным полым и проходным штоком имеется функциональная пружина, над которыми расположена подвижная втулка с боковыми окнами. Аналогичные окна имеются на штоке, а верхняя часть штока служит седловиной для шара запорного узла. При создании над подвижной втулкой избыточного давления необходимой величины втулка сжимает пружину и движется вниз по полому штоку до совпадения по горизонтали сквозных отверстий, через которые жидкость (растворитель) из колонны НКТ начинает перетекать в полость центробежного насоса. Недостатком конструкции является то, что пружина находится в закрытой капсуле цилиндрической формы, в которой со временем накапливаются продукты коррозии и механические примеси, которые отрицательно влияют на работу пружины, мешая ей сжиматься.

В качестве прототипа заявляемого изобретения выбран клапан обратный промывочный по патенту РФ на изобретение №2806555 (опубл. 01.11.24, бюл. №31), где имеется клапанный узел, состоящий из шара и подвижной седловины с пружиной в нижней части. При создании над клапанным узлом необходимого избыточного давления в несколько десятков МПа пружина с седловиной отжимаются вниз, а шар остается в неподвижности, так как упирается в неподвижную гильзу (позиция 11 на фиг. 1). Недостатком клапана, по мнению заявителей, является его 2 перегруженность составными частями, приводящая к большей вероятности выхода из строя устройства по причине коррозии или поломки одной из частей. Данная конструкция клапана также не обеспечивает проходки больших объемов промывочных жидкостей и не обеспечивает струйного эффекта для отмыва отложений.

Технической задачей по изобретению является повышение пропускной способности клапана обратного двухпозиционного с одновременным ростом ресурса эффективной работы благодаря уменьшению количества составных частей устройства и упрощению их конструктивной связи друг с другом.

Необходимый технический результат достигается тем, что в клапане скважинным двухпозиционным, состоящим из корпуса, подвижной втулки с поджимающей пружиной в нижней части, запорного узла из шара и седловины, согласно изобретению седловина запорного узла герметично соединена с подвижной втулкой, проходное отверстие втулки является продолжением отверстия седловины. Также запорный узел содержит закрепленную неподвижно к корпусу клетку в виде перевернутого полого усеченного конуса с проходными отверстиями в верхней части и одним отверстием в нижней части, диаметр которого превышает диаметр шара.

Схема клапана в виде разреза изображена в двух позициях: на фиг. 1 клапан находится в обычном рабочем положении при добыче пластовых флюидов с помощью ЭЦН. На фиг. 2 изображен процесс закачка технической жидкости или растворителя через клапан сверху вниз - из колонны НКТ в полость насоса.

На фиг. 2 обозначены следующие элементы и части клапана двухпозиционного: 1 - корпус, 2 - клетка запорного узла, 3 - шар, 4 - седловина для шара, 5 - подвижная втулка, 6 - сквозные отверстия втулки, 7 - пружина, 8 - неподвижный упор для пружины, 9 - выступ цилиндрической формы с герметизирующим кольцом 10.

Клапан скважинный двухпозиционный эксплуатируется на двух режимах.

Режим работы насоса и движение флюидов снизу вверх. Пружина 8 находится в чуть сжатом состоянии. Сила сжатия пружины равна произведению давления от гидростатического столба жидкости и газа в колоне НКТ над клапаном на площадь верхней торцевой части седловины 4. В связи с этим ширина торца седловины 4 должна быть минимизирована. Благодаря определенному сжатию пружины 8 подвижная втулка 5 с седловиной 4 прижимается выступом 9 к неподвижной клетке 2, при этом герметизирующее кольцо 10 обеспечивает их надежное соединение в этом режиме эксплуатации насоса. Отметим, что сила сжатия пружины 7 регулируется и тарируется степенью закручивания по резьбе выступа 8 относительно корпуса 1.

Электроцентробежный насос под клапаном создает высокое давление, достаточное для подъема жидкостей и газа до поверхности земли и создания определенного устьевого давления для дальнейшей транспортировки скважинной продукции до пунктов сбора. Сила, формируемая давлением ЭЦН под шаром 3, поднимает шар в конусное пространство клетки 2. Скважинная продукция в виде пластовой жидкости с растворенным газом поднимаются вверх по колонне НКТ сквозь кольцевое пространство между шаром 3 и клеткой 2.

Режим промывки колонны НКТ и насоса путем закачки растворителей или технологических жидкостей в колонну труб с устья скважины. Закачку жидкости в колонну НКТ выполняет передвижной насосный агрегат типа ЦА-320. Передвижной насосный агрегат поднимает давление в колонне НКТ над клапаном. Так как шар 3 садится на седловину 4, избыточное давление начинает давить на шар и торец седловины 4. Созданная потоком жидкости сила через подвижную втулку 5 сжимает пружину 7, в результате втулка 5 с седловиной 4 и шаром 5 смещаются вниз на определенное расстояние. Между поверхностями шара 3 и клеткой 2 образуется зазор в виде кольца, через которую жидкость из колонны насосно-компрессорных труб перетекает через сквозные отверстия 6 втулки 5 в полость электроцентробежного насоса.

Заявленный скважинный клапан способен функционировать в двух режимах, имеет минимальное число составных частей, в связи с этим запорный узел из шара 3, клетки 2 и седловины 4 имеют максимально возможные размерные значения, например, размер шара как запорного элемента может равняться половине проходного сечения колонны НКТ. Это обуславливает в свою очередь большую площадь кольцевого зазора между шаром 3 и клеткой 4 и значительный расход закачиваемой жидкости с устья скважины в полость ЭЦН.

Клапан скважинный двухпозиционный обеспечивает необходимый технический результат:

- закачка жидкости по колонне НКТ с устья скважины производится со значительным расходом:

- пружина 8 омывается и скважинной продукцией и растворителями, которые будут периодически закачиваться в НКТ и насос с устья скважины, поэтому пружина будет периодически очищаться от асфальтосмолопарафиновых веществ, продуктов коррозии и механических примесей и не терять своих функциональных способностей.

Использование клапана скважинного двухпозиционного на нефтедобывающих скважинах с ЭЦН дает возможность промывать и колонну НКТ и рабочие органы центробежного насоса органическими растворителями и слабыми растворами соляной кислоты, а также при необходимости задавливать в продуктивный пласт минерализованные растворы высокой плотности. Все это послужит продлению сроков эффективной эксплуатации подземного оборудования добывающих скважин.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к клапанным устройствам для скважин, оборудованных глубинными электроцентробежными насосами, и может быть использовано при добыче нефти, промывке, глушении и освоении нефтегазодобывающих скважин. Клапан скважинный двухпозиционный состоит из корпуса, подвижной втулки с поджимающей пружиной в нижней части, запорного узла из шара и седловины. Седловина запорного узла герметично соединена с подвижной втулкой, проходное отверстие втулки является продолжением отверстия седловины. Запорный узел содержит закрепленную неподвижно к корпусу клетку в виде перевернутого полого усеченного конуса с проходными отверстиями в верхней части и одним отверстием в нижней части, диаметр которого превышает диаметр шара. Подвижная втулка содержит выступ цилиндрической формы с герметизирующим кольцом между клеткой запорного узла и подвижной втулкой. Достигается технический результат – повышение пропускной способности клапана обратного двухпозиционного с одновременным ростом ресурса эффективной работы благодаря уменьшению количества составных частей устройства и упрощению их конструктивной связи друг с другом. 2 ил.

Клапан скважинный двухпозиционный, состоящий из корпуса, подвижной втулки с поджимающей пружиной в нижней части, запорного узла из шара и седловины, отличающийся тем, что седловина запорного узла герметично соединена с подвижной втулкой, проходное отверстие втулки является продолжением отверстия седловины, запорный узел содержит закрепленную неподвижно к корпусу клетку в виде перевернутого полого усеченного конуса с проходными отверстиями в верхней части и одним отверстием в нижней части, диаметр которого превышает диаметр шара, при этом подвижная втулка содержит выступ цилиндрической формы с герметизирующим кольцом между клеткой запорного узла и подвижной втулкой.