Скважинное автоматическое клапанное устройство Советский патент 1991 года по МПК E21B34/06 

1

(21)4331967/03

(22)06.10.87

(46) 30.04.91. Бюл. № 16

(71)Волгоградский государственны. научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности

(72)В.И.Смирнов и А.А.Гейбович (53) 622.276:5 (088.3)

(56) Авторское свидетельство СССР № 164866, кл, Е 21 В 33/08, 1964.

Авторское свидетельство СССР № 1086125, кл. Е 21 В 34/06, 1982.

(54) СКВАЖИННОЕ АВТОМАТИЧЕСКОЕ КЛАПАННОЕ УСТРОЙСТВО

(57) Изобретение относится к регуляторам потока жидкости и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности и в машиностроении. Цель изобретения - повышение эффективности путем периодического последовательного сообщения внутритрубно- го пространства с камерой или с за- труСиым пространством. Скважинное автоматическое устройство содержит заглушенный патрубок 1 с клапанами

Фиг.1

2 и 3 и элементом связи колонной 4 насосно-компрессорных труб, размещенный внутри патрубка 1 и образующий с ним камеру 5 корпус 6, в котором выполнены входные 7, выходные 8 и перепускные 9-11 каналы ;: размещен исполнительный механизм с поршнями 12 - 14, имеющими различные диаметры, и с запорными элемен- тами 15 и 16, установленными с возможностью последовательного перекрытия перепускных каналов 9 и 11. Устройство снабжено дросселями 17 и 18, установленными в перепускных каналах 10 и 11 корпуса 6, выполнен седла 19 и 20, а запорные элементы 15 и 16 исполнительного механизма размещены с возможностью взаимодейИзобретение относится к регуляторам потока жидкости и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности и в машиностроении.

Цель изобретения - повышение эффективности работы путем периодического последовательного сообщения внутритрубного пространства с камерой или с затрубным пространством.

На фиг.1 показана схема предлагаемого скважинного автоматического клапанного устройства} на фиг,2 - вариант автоматического клапанного устройства поверхностного исполнения

Скважинное автоматическое клапанное устройство содержит заглушенный патрубок 1 с клапанами 2 и 3 и элементом связи с колонной 4 насосно- компрессорных труб, размещенный внутри патрубка 1 и образующий с ним камеру 5 корпус 6, в котором выполнены входные 7, выходные 8 и перепускные 9-11 каналы и размещен исполнительный механизм с поршнями 12 - 14, имеющими различные диаметры, и с запорными элементами 15 и 16, установленными с возможностью последовательного перекрытия перепускных каналов 9 и 11.

Устройство снабжено дросселями 17 и 18, установленными в перепускных каналах 10 и 11 корпуса 6, причем в корпусе 6 выполнены седла 19 и 20, а запорные элементы 15 и 16 исполствия с седлами 19 и 20. Устройство может быть размещено в обсадной колонне 21 скважины или смонтирован на устье скважины. Газ высокого давления, используемый в качестве рабочей среды подается во входной канал 7 под постоянным давлением Р. Давление в насосно-компрессорных трубах повышается и находящаяся в подклапанной камере 5 вода вытесняется из нее через обратный клапан 3 в поглощающий- горизонт. При перемещении исполнительного механизма вверх запорный элемент 15 перекрывает перепускной канал 9. Выходящий газ- совершает полезную работу, вынося нефть из скважины по межтрубному пространству. 2 ил.

0

0

нительного механизма размещены с возможностью взаимодействия с седлами 19 и 20.

Устройство размещено в обсадной колонне 21 скважины. Пакер 22 разобщает межтрубное пространство таким образом, что зона перфорации 23 обсадной колонны 21 находится выше па- кера 22. Вместо поршней 12 - 14 могут с быть использованы диафрагмы (мембраны) .

Устройство может быть смонтировано на устье скважины (фиг. 2), а исполнительный механизм выполнен в виде золотника. В этом случае входной канал 7 устройства соединен с выкидной линией 24 скважины до штуцера 25, а выходной канал 8 - с выкидной линией 24 скважины после штуцера 25. Задвижки 26, расходомер 27 и манометр 28 служат для регулирования и контроля технологических процессов, осуществляемых в скважине с помощью устройства. Поршни 12-14 соединены штоком 29. В корпусе 6 и патрубке 1 выполнен канал 30.

Устройство работает следующим образом.

Устройство работает, например,при нагнетании в поглощающий горизонт (не показано) накапливающейся в скважине пластовой воды в процессе извлечения нефти (фиг. 1) или газа (фиг. 2) из скважины.

5

0

5

Га- высокого давления (фиг. 1), используемый в качестве рабочей среды, подается во входной канал 7 под постоянным давлением Р... При положении исполнительного механизма в крайнем нижнем положении газ проходит по перепускным каналам 9 и 10 и через выходной канал 8 выходит в камеру 5. Давление в насосно-ком- прессорных трубах (НКТ) начинает повышаться и находящаяся в подклапан- ной камере 5 вода вытесняется из нее через обратный клапан 3 в поглощающий горизонт. При этом расход газа и скорость повышения давления задаются положением дросселя 17, а давление Р подклапанной камере. 5 изменяется от Р

мик

до Р . После

2 Mate

достижения давлением значения Р исполнительный механизм начинает перемещаться вверх, так как алгебраическая сумма усилий от поршней 12 14под действием различных давлений становится направленной вверх. После минимального перемещения исполнительного механизма вверх усилие перемещения увеличивается вследствие повышения давления поп запорным элементом ;6 до При дальнейшем перемещении исполнительного механизма вверх запорный элемент 15 перекрывает перепускьой канал 9 и давление на поршнем 13 становится равным Р АОДЮ - М Усилие прижатия клапана 15 к седлу

19 еще более увеличивается и в таком положении газ из подклапанного пространства НКТ по перепускному каналу 11 и каналу 30 выходит в межтрубное пространство скважины с давлением РЗ/ЦИМ- Выходящий газ совершает полезную работу, вынося нефть по межтрубному пространству из скважины. В результате перетока газа давление Рамокспонижается до , подкла- панная камера 5 НКТ через клапан 2 заполняется водой, а давление РЭ/МИН может повыситься, понизиться или остаться на первоначальном значении. Значение давления в межтрубном пространстве в момент времени достижения давления в подклапанной камере 5 значения Р WMM обозначим Р ддаке При давлении и РЭМОКСИСПОЛНИ тельньй механизм начинает перемещаться вниз вначале замедленно, а после открытия запорного элемента

15- с ускорением. В результате запорный элемент 16 перекрывает пере

5

0

5

пускной канал 11 и газ из надклапан- ного пространства НКТ с давлением Р,- перетекает в подклапанную камеру 5, повышая в ней давление от Р 1 макс и Работа устройства продол- жается в описанной последовательности.

Кроме того, автоматическое клапанное устройство, изображенное на фиг.2, содержит расходомер 27 и манометр 28 для учета совершаемой по- леэной работы, а исполнительный механизм его выполнен в виде золотникового переключателя. Источником высоконапорного газа является газовая скважина, в которой давление Р формируется в выкидной линии 24 на уча стке до штуцера 25, а давления Pjvt0(c и - после штуцера 25. Полезная работа газа как и в устройстве на фиг.1 совершается в НКТ.

Расчет конструктивных- параметров устройства для его изготовления осуществляют в следующей последовательности. Значения давлений Р., макс

и Р}Мин являются

2АЛИИ р макс заданными для осуществления технологических операций в скважине. При

0 возможности выбора Р его принимают превышающим Ргма(е(.на минимальную величину, чтобы уменьшить потери энергии. По известным значениям давлений рассчитывают отношения коэффи5 циентов соотношения плошадей поршней 2-4 (мембран) Ј , f% и f, fj. Затем, принимая коэффициент соотношения любого поршня, например поршня 2, равным единице (f 1), находят

40 fj

и fПосле этого задают величины рабочей площади любого из поршней (исходя из геометрических размеров всего устройства, обеспечения необходимых усилий срабатывания и

ДР.) и с помощью коэффициентов f, f2, f$ определяют рабочие площади двух других поршней.

Дроссели 14 и 15 предназначены для регулирования производительности и

продолжительности всего цикла и этапов срабатывания устройства. Дроссель 14 регулирует продолжительность повышения давления от Pj WM H до Р маис & дроссель 15 - продолжительность

снижения давления от 4 мим и повышения давления и до

Ч Макс- Рабочие площади порвжей выбраны из соотношения

„ 1Е4Айй.:Равии)i LiE4«fliЈ) .

рэ/мо е

p2.«a ULlPlA aj(e 2мл ко

где Гц, f, fj - коэффициенты соотношений рабочих площадей поршней или мембран; Р - давление рабочей среды на входе в сепаратор}

рг макс Р2 ««(

Р3/иаке давления в ограниченных скважинных пространствах.

Формула изобретения

Скважинное автоматическое клапанное устройство, содержащее заглушен-;

Фиг. 2

ный патрубок с клапанами и элементом связи с колонной насосно-компрессор ных труб, размещенный внутри патрубка и образующий с ним камеру корпус в котором выполнены входные, выходные и перепускные каналы и размещен исполнительный механизм с поршнями, имеющими различные диаметры, и с запорными элементами, установленными с возможностью последовательного перекрытия перепускных каналов, о т- личающе-еся тем, что, с целью повышения эффективности работы

5 путем периодического последовательного сообщения внутритрубного пространства с камерой или с затрубным пространством, оно снабжено дросселями, установленными в перепускных каналах

Q корпуса, причем в корпусе выполнены седла, а запорные элементы исполнительного механизма размещены с возможностью взаимодействия с седлами.