RU191416U1

RU191416U1 - WELL VALVE DEVICE

Info

Publication number: RU191416U1
Application number: RU2019111963U
Authority: RU
Inventors: Михаил Васильевич Паначев; Андрей Юрьевич Орлов; Евгений Владимирович Козлов; Вера Михайловна Королева; Максим Олегович Перельман; Евгений Вячеславович Пошвин
Original assignee: Акционерное общество "Новомет-Пермь"
Priority date: 2019-04-19
Filing date: 2019-04-19
Publication date: 2019-08-05

Abstract

Полезная модель относится к промысловому подземному оборудованию и может быть использована при добыче пластового флюида из скважин с произвольной ориентацией, а также для промывки и глушения скважин. Технический результат - обеспечение возможности работы клапанного устройства в непрерывном режиме в трех режимах эксплуатации скважины - при фонтанной и газлифтной добыче, насосной добыче, а также промывке и глушении скважины. Устройство, включающее верхний корпус с отверстиями в боковой стенке, нижний корпус, соединенный с верхним корпусом, запорный элемент, взаимодействующий с подвижным элементом, большую пружину и регулирующую ее сжатие гайку, обратный клапан и ограничитель хода запорного элемента. Обратный клапан образован клапанной парой седло-шар и удерживается в закрытом положении малой пружиной. Запорный элемент снабжен отверстиями в боковой стенке, большая пружина установлена на запорном элементе и выполнена с меньшей жесткостью, чем малая пружина. Обратный клапан размещен в пределах подвижного элемента. К верхнему корпусу присоединен дополнительный корпус, в котором расположен ограничитель хода запорного элемента. Гайка, регулирующая сжатие большой пружины, навинчена на запорный элемент. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.The utility model relates to field underground equipment and can be used in the production of formation fluid from wells with arbitrary orientation, as well as for flushing and killing wells. The technical result is the provision of the possibility of the valve device in continuous operation in three modes of operation of the well - with fountain and gas lift production, pump production, as well as flushing and killing of the well. A device including an upper housing with holes in the side wall, a lower housing connected to the upper housing, a locking element interacting with the movable element, a large spring and a nut adjusting its compression, a check valve and a travel stop for the locking element. The non-return valve is formed by a saddle-ball valve pair and is held in the closed position by a small spring. The locking element is provided with holes in the side wall, a large spring is mounted on the locking element and is made with less rigidity than a small spring. The check valve is located within the movable element. An additional housing is attached to the upper case, in which the stop of the stop element is located. The nut that controls the compression of the large spring is screwed onto the locking element. 1 s.p. f-ly, 2 ill.

Description

Полезная модель относится к промысловому подземному оборудованию и может быть использована при фонтанной, газлифтной или насосной добыче пластового флюида из скважин с произвольной ориентацией, а также для промывки и глушения скважин.The utility model relates to field underground equipment and can be used for flowing, gas lift or pump production of formation fluid from wells with arbitrary orientation, as well as for flushing and killing wells.

Известен клапан, включающий корпус с отверстиями в боковой стенке, кольцевой расточкой и упорным внутренним выступом, подпружиненный плунжер с наружным кольцевым выступом, входящим в кольцевую расточку, и проточной частью, образованной несквозным отверстием с радиальными каналами в нижней части, гайку, ограничивающую осевой ход плунжера вверх, и пружину в кольцевой расточке между упорным внутренним выступом корпуса и наружным кольцевым выступом плунжера [ПМ №164401 РФ, Е21В 34/10, 2016].A known valve, comprising a housing with holes in the side wall, an annular bore and a persistent inner protrusion, a spring-loaded plunger with an external annular protrusion included in the annular bore, and a flow part formed by a through hole with radial channels in the lower part, a nut restricting the axial stroke of the plunger up, and the spring in the annular bore between the thrust inner protrusion of the housing and the outer annular protrusion of the plunger [PM No. 164401 of the Russian Federation, ЕВВ 34/10, 2016].

Известен также клапан, содержащий корпус с внутренними резьбами по концам, верхнюю и нижнюю шайбы с осевыми и окружными отверстиями, закрепленные в корпусе, кольцевой фиксатор движения, подвижный стакан с осевым и продольными сквозными отверстиями и седлом вверху, регулирующий винт с конусной треугольной гайкой и пружинный элемент с тарельчатым основанием и запорным элементом в виде шарика [ПМ №143420 РФ, Е21В 34/06, 2014].Also known is a valve comprising a housing with internal threads at the ends, upper and lower washers with axial and circumferential holes fixed in the housing, an annular motion lock, a movable cup with axial and longitudinal through holes and a saddle at the top, an adjusting screw with a conical triangular nut, and a spring an element with a disk base and a locking element in the form of a ball [PM No. 143420 of the Russian Federation, ЕВВ 34/06, 2014].

Кроме того, известен клапан, включающий корпус с отверстиями в боковой стенке и фиксатором, подпружиненный полый плунжер с осевым и радиальными каналами и направляющую с промывочными отверстиями, снабженную подпружиненным штоком и запорной тарелью [ПМ №155797 РФ, Е21В 34/10, 2015].In addition, a valve is known that includes a housing with holes in the side wall and a retainer, a spring-loaded hollow plunger with axial and radial channels and a guide with flushing holes, equipped with a spring-loaded stem and locking plate [PM No. 155797 RF, ЕВВ 34/10, 2015].

И, наконец, известен клапан, включающий корпус с отверстиями в боковой стенке, золотниковую втулку с отверстиями в боковой стенке, размещенную в корпусе с возможностью осевого перемещения и снабженную шариковым обратным клапаном, при этом между золотниковой втулкой и корпусом образована дифференциальная полость [ПМ №66417 РФ, Е21В 43/38, 2007].And finally, a valve is known that includes a housing with holes in the side wall, a spool sleeve with holes in the side wall, axially displaceable in the housing and provided with a ball check valve, while a differential cavity is formed between the spool sleeve and the housing [PM No. 66417 RF, Е21В 43/38, 2007].

Общий недостаток рассмотренных клапанов состоит в их ограниченных технических возможностях.A common disadvantage of the valves considered is their limited technical capabilities.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является скважинное клапанное устройство, включающее верхний корпус с отверстиями в стенке и соединенный с ним нижний корпус, запорный элемент, взаимодействующий с подвижным элементом, ограничитель хода запорного элемента в верхнем корпусе, большую пружину, обратный клапан, образованный клапанной парой седло-шар и удерживаемый в закрытом положении малой пружиной, и гайку, регулирующую сжатие большой пружины [ПМ №102671 РФ Е21В 34/06, 2011].The closest in technical essence to the claimed is a downhole valve device comprising an upper housing with holes in the wall and a lower housing connected to it, a locking element interacting with the movable element, a travel stop of the locking element in the upper housing, a large spring, a check valve formed by a valve a saddle-ball pair and held in a closed position by a small spring, and a nut that regulates the compression of a large spring [PM No. 102671 of the Russian Federation Е21В 34/06, 2011].

Недостаток принятого за прототип скважинного клапанного устройства заключается в том, что он не обеспечивает возможность фонтанной и газлифтной добычи пластового флюида из скважины. Это обусловлено тем, что изначально в скважинном клапанном устройстве отверстия в стенке верхнего корпуса перекрыты запорным элементом, а открытие вышеназванных отверстий происходит только при подаче технологической жидкости с поверхности, осуществляемой при промывке и глушении скважины.The disadvantage of the adopted for the prototype of the downhole valve device is that it does not provide the possibility of gushing and gas lift production of formation fluid from the well. This is due to the fact that initially in the borehole valve device, the holes in the wall of the upper body are blocked by a shut-off element, and the aforementioned holes are opened only when the process fluid is supplied from the surface when flushing and killing the well.

Техническая задача, на решение которой направлена настоящая полезная модель, заключается в расширении технических возможностей скважинного клапанного устройства.The technical problem to which the present utility model is directed is to expand the technical capabilities of the downhole valve device.

Поставленная задача решается тем, что в скважинном клапанном устройстве, включающем верхний корпус с отверстиями в стенке, нижний корпус, соединенный с верхним корпусом, запорный элемент с ограничителем хода, взаимодействующий с подвижным элементом, большую пружину и регулирующую ее сжатие гайку, обратный клапан, образованный клапанной парой седло-шар и удерживаемый в закрытом положении малой пружиной, согласно полезной модели, запорный элемент снабжен отверстиями в стенке, большая пружина установлена на запорном элементе и выполнена с меньшей жесткостью, чем малая пружина, обратный клапан размещен в пределах подвижного элемента, к верхнему корпусу присоединен дополнительный корпус, в котором расположен ограничитель хода запорного элемента, а гайка, регулирующая сжатие большой пружины, навинчена на запорный элемент.The problem is solved in that in the downhole valve device, including the upper body with holes in the wall, the lower body connected to the upper body, a locking element with a travel stop interacting with the movable element, a large spring and a nut adjusting its compression, a check valve formed according to the invention, the locking element is provided with holes in the wall, a large spring is mounted on the locking element and is made less rigid than a small spring, a check valve disposed within the movable member, is attached to the upper housing additional housing, wherein the movement limiter is located the locking element and the nut regulating large compression spring, is screwed onto the closing element.

При этом отверстия в стенке верхнего корпуса и в запорном элементе наклонены под одинаковым углом к оси для образования при совмещении единого канала.In this case, the holes in the wall of the upper case and in the locking element are inclined at the same angle to the axis to form when combining a single channel.

Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 схематично изображено заявляемое скважинное клапанное устройство при фонтанной и газлифтной добыче пластового флюида и при промывке скважины, на фиг. 2 - то же, при насосной эксплуатации скважины.The essence of the utility model is illustrated by drawings. In FIG. 1 schematically depicts the inventive downhole valve device for flowing and gas lift production of formation fluid and for flushing the well, FIG. 2 - the same when pumping a well.

Скважинное клапанное устройство включает верхний корпус 1 с отверстиями 2 в стенке и резьбовыми окончаниями, соединенный с ним нижний корпус 3, запорный элемент 4, состоящий из ступенчатого основания 5 и гладкого полого цилиндра 6 с отверстиями 7 в стенке и подвижный элемент 8, который размещен в нижней части корпуса 3 и контактирует со ступенчатым основанием 5. На полом цилиндре 6 запорного элемента 4 установлена большая пружина 9, зажатая между верхним корпусом 1 и ступенчатым основанием 5. Сверху на запорном элементе 4 навинчена гайка 10, регулирующая его осевое положение. Внутри подвижного элемента 8 размещен обратный клапан 11, образованный клапанной парой, состоящей из седла 12 и шара 13, которая удерживается в закрытом положении малой пружиной 14. Большая пружина 9 обладает меньшей жесткостью, чем малая пружина 14, благодаря чему при приложении давления к подвижному элементу 8 большая пружина 9 сжимается в первую очередь. К верхнему корпусу присоединен дополнительный корпус 15 с внутренним кольцевым выступом, который служит ограничителем хода 16 для запорного элемента 4. Запорный элемент 4 выполнен с возможностью скольжения в центральном отверстии верхнего корпуса 1 и по внутренней цилиндрической поверхности нижнего корпуса 3. Для обеспечения герметичности на сопрягающихся поверхностях подвижного элемента 8, запорного элемента 4 и верхнего элемента 1 имеются кольцевые канавки под уплотнительные элементы (не показаны). Отверстия 2 в стенке верхнего корпуса 1 и отверстия 7 в запорном элементе 4 наклонены под одинаковым углом к оси для образования при совмещении прямого канала (или гидравлической линии) с минимальным сопротивлением движению пластового флюида.The downhole valve device includes an upper housing 1 with holes 2 in the wall and threaded ends, a lower housing 3 connected to it, a locking element 4 consisting of a stepped base 5 and a smooth hollow cylinder 6 with holes 7 in the wall and a movable element 8, which is located in the lower part of the housing 3 and is in contact with the stepped base 5. A large spring 9 is installed on the hollow cylinder 6 of the locking element 4, sandwiched between the upper housing 1 and the stepped base 5. A nut 10 is screwed on top of the locking element 4, adjustable its axial position. A check valve 11 is formed inside the movable element 8, which is formed by a valve pair consisting of a seat 12 and a ball 13, which is held closed by a small spring 14. A large spring 9 has less rigidity than a small spring 14, so that when pressure is applied to the movable element 8, the large spring 9 is compressed first. An additional case 15 is attached to the upper case with an inner annular protrusion, which serves as a travel stop 16 for the locking element 4. The locking element 4 is slidable in the central hole of the upper case 1 and along the inner cylindrical surface of the lower case 3. To ensure tightness on the mating surfaces the movable element 8, the locking element 4 and the upper element 1 there are annular grooves for sealing elements (not shown). Holes 2 in the wall of the upper housing 1 and holes 7 in the locking element 4 are inclined at the same angle to the axis to form when combining a direct channel (or hydraulic line) with minimal resistance to movement of the formation fluid.

При эксплуатации данное скважинное клапанное устройство встраивается между погружным насосом и колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) и спускается в скважину. Изначально большая 9 и малая 14 пружины клапанного устройства распрямлены. При этом обратный клапан 11 находится в закрытом состоянии, запорный элемент 4 занимает крайнее нижнее положение, гайка 10 опирается на верхний торец корпуса 1, а отверстия 7 в стенке запорного элемента 4 совмещены с отверстиями 2 в стенке верхнего корпуса 1 (фиг. 1). Образованная при совмещении отверстий 2 и 7 гидравлическая линия сообщает полость запорного элемента 4 с затрубным пространством.During operation, this downhole valve device is embedded between the submersible pump and the tubing string (tubing) and is lowered into the well. Initially, large 9 and small 14 valve springs are straightened. In this case, the check valve 11 is in the closed state, the locking element 4 is in its lowest position, the nut 10 is supported by the upper end of the housing 1, and the holes 7 in the wall of the locking element 4 are aligned with the holes 2 in the wall of the upper housing 1 (Fig. 1). The hydraulic line formed by combining holes 2 and 7 communicates the cavity of the locking element 4 with the annulus.

При фонтанной добыче за счет разности давлений в продуктивном пласте и на устье скважины пластовый флюид устремляется через совмещенные отверстия 2 и 7 внутрь запорного элемента 4 и движется по нему вверх. Далее пластовый флюид попадает в дополнительный корпус 12, а из него - в колонну НКТ, по которой поднимается на устье скважины. За счет давления столба жидкости, находящейся в колонне НКТ, шар 13 надежно удерживается в седле 12. После прекращения фонтанирования переходят на газлифтную добычу пластового флюида из скважины, во время которой положение частей клапанного устройства в силу внутрискважинных условий остается прежним (фиг. 1).In fountain production, due to the pressure difference in the reservoir and at the wellhead, the formation fluid rushes through the combined holes 2 and 7 into the shut-off element 4 and moves upward. Next, the reservoir fluid enters the additional housing 12, and from it into the tubing string, which rises to the wellhead. Due to the pressure of the liquid column located in the tubing string, the ball 13 is firmly held in the seat 12. After stopping flowing, they switch to gas-lift production of formation fluid from the well, during which the position of the valve device parts remains the same due to downhole conditions (Fig. 1).

При насосной эксплуатации скважины пластовый флюид под рабочим давлением погружного насоса поступает в нижний корпус 3 и оказывается одновременно под шариком 13 обратного клапана 11, поджатым малой пружиной 14, и под подвижным элементом 8, который опирается на запорный элемент 4, удерживаемый большой пружиной 9 (фиг. 2). Вследствие меньшей жесткости по сравнению с малой пружиной 14 большая пружина 9 сжимается быстрее и первым приходит в движение подвижный элемент 8, который перемещает запорный элемент 4 вверх до упора навинченной на него гайки 10 в ограничитель хода 13 в дополнительном корпусе 12. Сжатие большой пружины 9 и перемещение подвижного элемента 8 сопровождается смещением отверстий 7 в стенке запорного элемента 4 относительно отверстий 2 верхнего корпуса 1. При этом пластовый флюид, поступивший в корпус 3, поднимает шарик 13 с седла 12, сжимая малую пружину 14, и попадает внутрь запорного элемента 4. Далее описанным выше путем пластовый флюид оказывается на устье скважины.During pumping operation of the well, the formation fluid under the working pressure of the submersible pump enters the lower housing 3 and is simultaneously under the ball 13 of the check valve 11, preloaded by the small spring 14, and under the movable element 8, which rests on the locking element 4, held by a large spring 9 (Fig. . 2). Due to the lower rigidity compared to the small spring 14, the large spring 9 is compressed faster and the first to move the movable element 8, which moves the locking element 4 up to the stop screwed on the nut 10 in the travel stop 13 in the additional housing 12. Compression of the large spring 9 and the movement of the movable element 8 is accompanied by the displacement of the holes 7 in the wall of the locking element 4 relative to the holes 2 of the upper housing 1. At the same time, the reservoir fluid entering the housing 3 raises the ball 13 from the seat 12, compressing the small springs 14, and enters into the locking member 4. Next, as described above, by the formation fluid is at the wellhead.

После отключения погружного насоса для последующей промывки или глушения скважины в клапанном устройстве сначала распрямляется малая пружина 14 и закрывается обратный клапан 11, а затем распрямляется большая пружина 9 и запорный элемент 4 возвращается в начальное положение (фиг. 1). В результате отверстия 2 в верхнем корпусе 1 и отверстия 7 в запорном элементе 4 вновь совмещаются, и происходит восстановление гидравлической линии между полостью запорного элемента 4 и затрубным пространством, обеспечивающее возможность нагнетания под давлением технологической жидкости с поверхности через клапанное устройство в скважину. Благодаря закрытому обратному клапану 11 предотвращается попадание в погружной насос загрязнений из НКТ.After shutting down the submersible pump for subsequent flushing or killing of the well in the valve device, the small spring 14 straightens first and the check valve 11 closes, then the large spring 9 straightens and the locking element 4 returns to its initial position (Fig. 1). As a result, the holes 2 in the upper housing 1 and the holes 7 in the shut-off element 4 are again aligned, and the hydraulic line between the cavity of the shut-off element 4 and the annulus is restored, allowing the process fluid to be pumped from the surface under pressure through the valve device into the well. Thanks to the closed non-return valve 11, dirt from tubing is prevented from entering the submersible pump.

Заявляемое клапанное устройство является универсальным, так как может работать в трех режимах эксплуатации скважины - при фонтанной и газлифтной добыче, насосной добыче, а также промывке и глушении скважины, при этом независимо от применяемого способа добычи пластового флюида обеспечивается эксплуатация скважины в непрерывном режиме.The inventive valve device is universal, since it can operate in three modes of well operation - in case of flowing and gas lift production, pump production, as well as flushing and killing of the well, and regardless of the method used to produce formation fluid, the well is operated in continuous mode.

Claims

1. A downhole valve device comprising an upper housing with holes in the side wall, a lower housing connected to the upper housing, a locking element interacting with the movable element, a large spring and a nut adjusting its compression, a check valve formed by the valve pair seat-ball and held in the closed position by a small spring, and a travel stop of the locking element, characterized in that the locking element is provided with holes in the side wall, a large spring is mounted on the locking element and is made with a smaller minutes rigidity than the small spring, a check valve disposed within the movable member, is attached to the upper housing additional housing, wherein the movement limiter is located the locking element and the nut regulating large compression spring, is screwed onto the closing element.

2. The downhole valve device according to claim 1, characterized in that the holes in the wall of the upper housing and in the locking element are inclined at the same angle to the axis to form when the common channel is combined.