Циркуляционный клапан Советский патент 1985 года по МПК E21B34/06 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промьпиленности и пре назначено для освоения и эксплуатации преугмущественно паронагнетатель ных скважин. Известен циркуляционный клапан, содержащий корпус с радиальными отверстиями, в осевом канале которого установлен золотник, выполненный из верхней и нижней частей, соеди/ненных друг с другом замком. Корпус клапана соединен через переводник с колонной насосно-компрессорных труб (НКТ). Клапан приводится в действие инструментом управления, подаваемого сверху, воздействующего ударом по верхней части золотника 1 . Недостатком конструкции является длительность процесса открывания и закрывания радиальных отверстий корпуса золотником при применении инструмента управления, что может привести при разности удельных весов жидкости в межтрубном и внутритрубном пространстве к их перемешиванию; кроме того, кольцевой зазор между корпусом и золотником уплотнен за счет применения эластич ных уплотнительных материалов, обладающих низкой термостойкостью; конструкция клапана не предусматривает защиту посадочных и контактирующих поверхностей от попадания на них различных загрязняющих частиц из межтрубного пространства; диапазон применения клапана ограничен тем, что он может входить в компоновку только с механическими пакерами, поскольку невозможно . создать необходимый перепад давления для посадки пакеров с гидравлическим приводом; применение указанного клапана для закачки теплоносителя не позволяет контролировать окончание процесса установки теплоизоляции. Наиболее близким к данному является циркуляционный клапан, содержа щий корпус с радиальными каналами, внутри которого установлен золотник с осевым и радиальными каналами, имеющий затвор и палец в нижней ча ти для взаимодействия с пазом, выполненным на внутренней повехности корпуса, шток, размещенный в корпу с возможностью осевого перемещения и образующий с ним кольцевую камер верхняя часть которого связана с колонной НКТ, а нижняя - с золотником, фтшьтр и узел прямой промывки скважины с перекрывающим элементом. Корпус клапана своим нижним концом связан с нижней частью колонны НКТ. Открывание и закрывание клапана осуществляется осевым перемещением золотника колонной НКТ. Это позволяет обеспечить гидродинамическую связь осевого канала золотника через радиальные каналы в золотнике и корпусе с межтрубным пространством скважины Гз}. Основными недостатками конструкции клапана являются низкая надежность его работы в условиях паронагнетательных скважин при обеспечении многократной гидравлической связи межтрубного и внутритрубного пространств скважин, а также невозможность компоновки его с другим внутрискважинным оборудованием гидравлического действия, например гидравлическим пакером, тогда как для работы с механическим пакером предусмотрена возможность передачи крутящего момента через палец золотника на разъемный корпус. При попытке использования прототипа ДЛЯ посадки гидравлического пакера звлотник вместе со штоком смещается относительно разъемного корпуса клапана и присоединенного к нему гидравлического пакера до совмещения радиальных каналов золотника и разъемного корпуса, вследствие чего происходит разгерметизация внутренней полости колонны НКТ. Конструкция циркуляционного клапана предусматривает герметизацию кольцевого зазора между золотником и разъемным корпусом за счет применения уплотнительных колец из эластичного материала, обладающего низкой термической стойкостью, что ограничивает его применение в рабочей среде, имеющей высокую температуру, например в паронагнетательных скважинах. Конструкция циркуляционного клапана не может быть применена в условиях паронагнетательной скважины как технологическая оснастка для установки теплоизоляции в межтрубном пространстве скважины в связи с тем, что невозможно получить сигнал об окончании процесса закачки теплоизоляции, т.е., чт.о мсжтрубное пространство полностью заполнено теилои-зо.чяционньм материалом. При этом существует вероятность попадания теплоизоляцио ного материала внутрь циркуляционного клапана, что может привести к осложнению работы по управлению открыванием и закрыванием золотника нарушен;1ю его герметичности, созданию пробки в клапане и необходимости проведения дополнительных работ. Цель изобретения - повышение надежности работы его в условиях паронагнетательной скважины при обе печении многократной гидравлической связи межтрубног.о и внутритрубного пространств скважин и расширения функциональных возможностей за счет обеспечения работы его в компоновке с различным внутрискважинным оборуд ванием. Указанная цель достигается тем, что в циркуляционном клапане, содер жащем корпус с радиальными каналами внутри которого установлен золотник с осевым и радиальными каналами имеющий затвор и палец в нижней части для взаимодействия с пазом, выполненным на внутренней поверхности корпуса, шток, размещенный в корпусе с возможностью осевого перемещения и образующий с ним кольцевую камеру верхняя часть которого связана с колонной НКТ, а нижняя - с золотником фильтр и узел прямой промывки скважин с перекрьшающин элементом, затвор золотника выполнен с верхней и нижней посадочными поверхностями, а в корпусе под радиальными каналами выполнены седла под посадочные поверхности затвора золотника, приче на штоке размещен с возможностью осевого перемещения фильтр, образующий со штоком полость, гидравлически связанную с кольцевой камерой, а в нижней части фильтра размещен пере крывающий злемент узла прямой проьй 1в ки скважины. На фиг. 1 изображен циркуляционный клапан в рабочем положении - гер метизации кольцевого зазора между золотником и разъемным корпусом, разрез; на фиг. 2 - то же, при осуществлении процесса посадки гидравлического пакера, который на фиг. 2 не показан; на фиг. 3 - то же, при обеспечении гидравличе.ской связи внутритрубного и межтрубного пространства, процесс промывки скважины при прямой циркуляции жидкости; 274 на фиг. 4 - то же, при обеспечении процесса намыва теплоизоляции в межтрубном пространстве скважины при обратной циркуляции жидкости. Циркуляционный клапан состоит из разъемного корпуса 1 с радиальными каналами 2, кольцевом расточки 3, переходящий в осевой канал 4. В нижней части кольцевой расточки 3 разъемного корпуса 1 установлено седло 5 , а в верхней части выполнено дополнительное седло 6. Верхний конец разъемного корпуса содержит цилиндрическую проточку 7 с седлом 8 в торцовой части, на которое опирается перекрывающий элемент 9 узла прямой промывки скважины, установленного на разъемном корпусе 1 с возможностью осевого перемещения. Перекрывающий элемент 9 жестко связан с фильтром 10. В осевом канале разъемного корпуса 1 установлен золотник 11 с осевым каналом 12 и радиальными каналами 13, жестко связанный с осевым каналом 12 и радиальными каналами 13, жестко связанный с затвором 14, на котором выполнены верхняя 15 и нижняя 16 посадочные поверхности. Затвор 14 :вязан со штоком 17, который свободно проходит внутри фильтра 10 и образует с ним подвижное соединение. Шток 17 образует с внутренней поверхностью разъемного корпуса 1 кольцевую камеру 18, гидравлически связанную с полостью 19, образованной внутренней поверхностью фильтра 10. и штока 17. Кольцевая камера 18 также имеет постооянную гидравлическую связь через радиальные каналы 2 в разъемном корпусе 1 с кольцевой камерой 20, образованной перекрывающим элементом 9 при его посадке на седло 8. Шток 17 циркуляционного клапана выходит за предель фильтра 10 и жестко связан через муфту 21 с верхней частью колонны НКТ 22. На внутренней поверхности разъемного корпуса осевого канала 4 выполнен паз 23, в который входит палец .4, жестко связанный с золотником 11. Циркуляционный клапан работа-ет следующим образом. . На колонне НКТ 22 в компоновке с другим внутрискважинным оборудованием, например с гидравлическим пакером (не показано), циркуляционный клапан опускается в скважину. Золот91ник 11 с затвором 14 находятся в крайнем верхнем положении относительно кольцевой расточки 3 разъемн го корпуса 1. Это положение показан на фиг. 2. Процесс посадки гидравлического пакера осуществляютпутем подачи давления рабочей жидкости в колонне НКТ 22 в осевой канал 12 золотника 1 1 и далее к гидравлическому пак ру. Поскольку осевой канал колонны НКТ 22 перекрыт ниже циркуляционног клапана (не показано), то под дейст вием давления рабочей жвдкости на площадь поперечного сечения НКТ 22 дополнительноеседло 6 перекрываетс верхней посадочной поверхностью 15 затвора 14, с отключением кольцевой камеры 18 от кольцевой расточки 3. После проведения операции по пер крытию межтрубного пространства скважины золотник 11 с затвором 14 и штоком 17 перемещается колонной НКТ 22 вниз. По Наличию циркуляции из межтруб ного пространства скважины определя ют, что затвор 14 золотника 11 нахо дится в среднем положении Относител но кольцевой расточки 3 разъемного корпуса 1 (фиг. 3). В этом положени осуществляют процесс промывки межтрубного пространства скважины. Промывочная жидкость подается из осевого канала 12 золотника 11 чере радиальные каналы 13 в кольцевую расточку 3, которая гидравлически связана с кольцевой камерой 18, полостью 19 фильтра 10 и через радиальные каналы 2 с кольцевой камерой 20. Фильтр 10 обладает определенным гидравлическим сопротивлением, что способствует определенному пере паду давления между полостью 19 и межтрубным пространством скважины Под действием перепада давления перекрывающий элемент 9, жестко свя занный с фильтром 10, отрывается от седла 8 и перемещается вверх относи тельно разъемного корпуса 1. Тем самым открывается прямой пере:ток жидкости из полости 19 через радиальные каналы 2 в разъемном корпусе 1 в межтрубное пространство сква жИны. В этом случае фильтрующая по верхность фильтра 10 практически выключена из работы и не загрязняе 7 ся частицами бурового раствора, которьй находится в колонне НКТ 22. После промывки межтрубного пространства скважины, не изменяя положения золотника 11 с затвором 14, осуществляют подготовку скважины по закачке теплоизоляционного материала в межтрубное пространство скважины. Циркуляционный клапан в положении закачки теплоизоляционного материала показан на фиг. 4. Подачу жидкого теплоизоляционного материала осуществляют в межтрубное пространство скважины. Под действием собственного веса и перепада давления на фильтре 10 перекрывающий элемент 9с фильтром 10 перемещается относительно разъемного корпуса 1 и садится на седло В, что обуславливает прекращение гидродинамической связи межтрубного пространства скважины через радиальные каналы 2 с полостью 19 и осевым каналом 12 золотника 11. Поток жидкости направляется из межтрубного пространства в колонну НКТ 22 только через фильтрующую поверхность фильтра 10, При подходе теплоизоляционного материала к фильтру 10 он задерживается его фильтрующей поверхностью, что приводит к кольматации и росту давления на фильтре, которое передается к нагнетательной линии насоса. По росту давления судят о заполнении межтрубного пространства скважины теплоизоляционным материалом. , Перемещением колонны НКТ 22 вниз вместе со штоком 17, затвором 14 и золотником 11 осуществляют посадку затвора 14 на седло 5 в кольцевой расточке 3 разъемного корпуса 1 и нагружения затвора 14 весом колонны ЯКТ 22. В этом положении осуществляют Цодачу теплоносителя по колонне НКТ 22, штоку 17 и осевому каналу 12 золотника 11 в продуктивный пласт скважины. Контактное давление, существующее в месте посадки нижней посадочной поверхности 16 затвора 14 на седло 5, в несколько раз превосходит по своей абсолютной величине давление нагнетания теплоносителя, что гарантирует герметизацию межтрубного пространства скважины от попадания в него теплоносителя.

При проведении капитального ремонта скважины, когда необходимо осуществить подъем оборудования, предварительно осуществляют вымыв теплоизоляционного материала из межтрубного пространства, который осуществляют при прямой циркуляции жидкости. При этом золотник 11с затвором 14 располагают в средней части кольцевой расточки 3 разъемного корпуса 1, когда радиальные каналы 13 золотника 11 соединяют осевой канал 12 с кольцевой расточкой 3.

После вымыва теплоизоляционного материала из межтрубного пространства циркуляционный клапан вместе с другим внутрискважинным оборудованием может быть извлечен на поверхность.

Экономический эффект от использования данного изобретения заключается в повьппении надежности работы циркуляционного клапана в компоновке с различным внутрискважинным оборудованием в условиях паронагнетательных скважин при t 350-400°C и Р 16-20 МПа, что позволит более эффективно вести разработку месторождений высоковязких нефтей.

19

FTfl

n

lA

13

Фиг.2

ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ КЛАПАН, содержащий корпус с радиальными каналами, внутри которого установлен золотник с осевым и радиальными каналами, имеющий затвор и палец в нижней части для взаимодействия с пазом, выполненным на внутренней поверхности корпуса, шток, размещенный в корпусе с возможностью осевого перемещения и образующий с ним кольцевую камеру, верхняя часть которого связана с колонной насосно-компрессорных труб, а нижняя - с золотником, фильтр и узел прямой промывки скважин с перекрьюающим элементом, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы его в условиях паронагнетательной скважины при обеспечении многократной гидравлической связи межтрубного и внутритрубного пространств скважин и расщирения функциональньрс возможностей за счет обеспечения работы его в компоновке с различньв«г внутрискважинным оборудованием, затвор золотника выполнен с верхней и нижней посадочными поверхностями, а в корпусе под радиальными каналами выполнены седла под посадочные СО поверхности затвора золотника, причем на штоке размещен с возможностью осевого перемещения фильтр, образующий со штоком полость, гидравлически связанную с кольцевой камерой. а в нижней части фильтра размещен перекрывающий элемент узла прямой ел ел промывки- скважин. ND