RU204086U1

RU204086U1 - WELL VALVE DEVICE

Info

Publication number: RU204086U1
Application number: RU2020144092U
Authority: RU
Inventors: Михаил Васильевич Паначев; Андрей Юрьевич Орлов; Евгений Владимирович Козлов; Вера Михайловна Арапова; Евгений Вячеславович Пошвин; Максим Олегович Перельман
Original assignee: Акционерное общество "Новомет-Пермь"
Priority date: 2020-12-29
Filing date: 2020-12-29
Publication date: 2021-05-05

Abstract

Полезная модель относится к промысловому подземному оборудованию и может быть использована при фонтанной, газлифтной или насосной добыче пластового флюида, а также для промывки и глушения скважин. Технический результат – повышение надежности эксплуатации скважинного клапанного устройства в непрерывном режиме в трех режимах эксплуатации скважины. Скважинное клапанное устройство включает средний корпус с отверстиями в боковой стенке, запорный элемент, нижний и верхний корпуса, соединенные со средним корпусом, подвижный элемент, большую пружину и обратный клапан, образованный клапанной парой седло-шар. Нижний и верхний корпуса выступают в роли ограничителя хода запорного элемента. Обратный клапан удерживается в закрытом положении малой пружиной. Запорный элемент образован ступенчатым основанием с полым цилиндром и подвижным элементом. Конец подвижного элемента сформирован в виде конуса, размещенного в нижнем корпусе и имеющего внизу входные наклонные окна для скважинной жидкости. Обратный клапан расположен внутри конуса запорного элемента. Большая пружина выполнена с большей жесткостью, чем малая пружина, и установлена между средним корпусом и ступенчатым основанием с полым цилиндром запорного элемента. 2 ил.The utility model refers to the field underground equipment and can be used for fountain, gas-lift or pumping production of formation fluid, as well as for flushing and killing wells. EFFECT: increased reliability of operation of the downhole valve device in continuous mode in three modes of well operation. The downhole valve device includes a middle body with holes in the side wall, a shut-off element, a lower and upper bodies connected to the middle body, a movable element, a large spring and a check valve formed by a saddle-ball valve pair. The lower and upper bodies act as a travel stop for the shut-off element. The check valve is held closed by a small spring. The closure element is formed by a stepped base with a hollow cylinder and a movable element. The end of the movable element is formed in the form of a cone located in the lower housing and having inclined inlet ports for the well fluid at the bottom. The check valve is located inside the plug of the plug. The large spring is made with greater rigidity than the small spring and is installed between the middle body and the stepped base with the hollow cylinder of the closure element. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к промысловому подземному оборудованию и может быть использована при фонтанной, газлифтной или насосной добыче пластового флюида, а также для промывки и глушения скважин.The utility model refers to the field underground equipment and can be used for fountain, gas-lift or pumping production of formation fluid, 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].Known valve, including a housing with holes in the side wall, an annular bore and an internal thrust protrusion, a spring-loaded plunger with an external annular protrusion entering the annular bore, and a flow path formed by a blind hole with radial channels in the lower part, a nut limiting the axial stroke of the plunger upwards, and a spring in the annular bore between the thrust internal protrusion of the body and the external annular protrusion of the plunger [PM No. 164401 RF, E21V 34/10, 2016].

Известен 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].Known valve containing 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 glass with axial and longitudinal through holes and a saddle at the top, an adjusting screw with a conical triangular nut and a spring element with a poppet base and a ball-shaped locking element [PM No. 143420 RF, E21B 34/06, 2014].

Кроме того, известен клапан, включающий корпус с фиксатором, имеющий отверстия в боковой стенке, 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 a retainer having holes in the side wall, a spring-loaded hollow plunger with axial and radial channels and a guide with flushing holes equipped with a spring-loaded stem and a locking plate [PM No. 155797 RF, E21В 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, including a housing with holes in the side wall, a spool sleeve with holes in the side wall, placed in the body for axial movement and equipped with a ball check valve, while a differential cavity is formed between the spool sleeve and the body [PM No. 66417 RF, E21B 43/38, 2007].

Общий недостаток рассмотренных клапанов состоит в их ограниченных технических возможностях.The general drawback of the considered valves is their limited technical capabilities.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является скважинное клапанное устройство, включающее средний корпус с отверстиями в боковой стенке, запорный элемент, содержащий ступенчатое основание с полым цилиндром и взаимодействующий с подвижным элементом, нижний и верхний корпуса, соединенные со средним корпусом и выступающие в роли ограничителя хода запорного элемента, большую пружину и регулирующую ее сжатие гайку, обратный клапан, образованный клапанной парой седло-шар и удерживаемый в закрытом положении малой пружиной, и ограничитель хода запорного элемента [патент RU 191416, U1 Е21В 34/08 опубл. 05.08.2019].The closest in technical essence to the claimed one is a downhole valve device including a middle body with holes in the side wall, a locking element containing a stepped base with a hollow cylinder and interacting with a movable element, a lower and upper body connected to the middle body and acting as a limiter stroke of the shut-off element, a large spring and a nut regulating its compression, a check valve formed by a saddle-ball valve pair and held in a closed position by a small spring, and a stop of the shut-off element travel [patent RU 191416, U1 E21B 34/08 publ. 05.08.2019].

Недостатком данного клапана является то, что при насосной эксплуатации скважины пластовая жидкость под рабочим давлением насоса попадая в нижний корпус изначально оказывается под шариком клапанной пары поджатым малой пружиной, что негативно влияет на параметры малой пружины при дальнейшей эксплуатации. Негативное воздействие на малую пружину может привести к ее слому, нарушению параметров, создавая тем самым риск аварийной ситуации на скважине (преждевременный выход из строя скважинного клапанного устройства). Стоит добавить, что изначально совмещенные отверстия в верхнем корпусе и запорном элементе создают риск заклинивания скважинного клапанного устройства при промывке и глушении скважины, связанный с образованием нерастворимых примесей (частиц глины, песка, ила), что также влечет за собой создание аварийной ситуации.The disadvantage of this valve is that during pumping operation of the well, the formation fluid under the operating pressure of the pump entering the lower housing initially appears under the ball of the valve pair compressed by a small spring, which negatively affects the parameters of the small spring during further operation. A negative impact on a small spring can lead to its breaking, violation of parameters, thereby creating the risk of an emergency at the well (premature failure of the downhole valve device). It should be added that the initially aligned holes in the upper body and the shut-off element create a risk of jamming the downhole valve device when flushing and killing the well, associated with the formation of insoluble impurities (particles of clay, sand, silt), which also entails the creation of an emergency situation.

Задачей заявляемой полезной модели является повышение надежности эксплуатации скважинного клапанного устройства в непрерывном режиме в трех режимах эксплуатации скважины.The objective of the claimed utility model is to improve the reliability of operation of the downhole valve device in a continuous mode in three modes of well operation.

Указанный технический результат достигается тем, что в скважинном клапанном устройстве, включающем средний корпус с отверстиями в стенке, запорный элемент, содержащий ступенчатое основание с полым цилиндром, нижний и верхний корпуса, соединенные со средним корпусом и выступающие в роли ограничителя хода запорного элемента, подвижный элемент, большую пружину, обратный клапан, образованный клапанной парой седло-шар и удерживаемый в закрытом положении малой пружиной, согласно полезной модели, запорный элемент образован ступенчатым основанием с полым цилиндром и подвижным элементом, конец подвижного элемента сформирован в виде конуса, размещенного в нижнем корпусе и имеющего внизу входные наклонные окна, обратный клапан расположен внутри конуса, а большая пружина выполнена с большей жесткостью, чем малая пружина, и установлена между средним корпусом и ступенчатым основанием с полым цилиндром запорного элемента.The specified technical result is achieved by the fact that in the downhole valve device, including the middle body with holes in the wall, a shut-off element containing a stepped base with a hollow cylinder, a lower and an upper body connected to the middle body and acting as a stop of the shut-off element, a movable element , a large spring, a check valve formed by a saddle-ball valve pair and held in a closed position by a small spring, according to the invention, the locking element is formed by a stepped base with a hollow cylinder and a movable element, the end of the movable element is formed in the form of a cone placed in the lower body and having inlet inclined windows at the bottom, the check valve is located inside the cone, and the large spring is made with greater rigidity than the small spring, and is installed between the middle body and the stepped base with a hollow cylinder of the closure element.

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. FIG. 1 schematically depicts the inventive downhole valve device for flowing and gas-lift production of formation fluid and when flushing the well, FIG. 2 - the same for pumping operation of the well.

Скважинное клапанное устройство включает средний корпус 1 с отверстиями 2 в стенке и резьбовыми окончаниями, соединенный с ним нижний корпус 3, запорный элемент 4, состоящий из ступенчатого основания с полым цилиндром 5 и конуса 6, размещенного в нижнем корпусе 3. Отверстия 2 в среднем корпусе 1 выполнены под углом для уменьшения сопротивления влияния пластового флюида при насосной эксплуатации, и промыва обсадной колонны при операциях промывки и глушения скважины. На ступенчатом основании с полым цилиндром 5 запорного элемента 4 установлена большая пружина 7, зажатая между средним корпусом 1 и ступенчатым основанием с полым цилиндром 5 запорного элемента 4. Внутри конуса 6 запорного элемента 4 размещен обратный клапан 8, образованный клапанной парой, состоящей из седла 9 и шара 10, которая удерживается в закрытом положении малой пружиной 11. Большая пружина 7 обладает большей жесткостью, чем малая пружина 11, благодаря чему при приложении давления на конус 6 подвижного запорного элемента 4 происходит перемещение последнего. К среднему корпусу 1 присоединен верхний корпус 12, который служит ограничителем хода для запорного элемента 4 при насосной эксплуатации. Запорный элемент 4 выполнен с возможностью скольжения в среднем корпусе 1 и нижнем корпусе 3, при этом внизу конуса 6 выполнены наклонные окна 13, предназначенные для входа скважинной жидкости. Для обеспечения герметичности на сопрягающихся поверхностях запорного элемента 4 и нижнего корпуса 3 имеются кольцевые канавки под уплотнительные элементы (не показаны). Отверстия 2 в среднем корпусе 1 наклонены к оси под углом вниз для уменьшения сопротивления влияния пластового флюида при насосной эксплуатации, и промыва обсадной колонны при операциях промывки и глушения скважины.The downhole valve device includes a middle body 1 with holes 2 in the wall and threaded ends, a lower body 3 connected to it, a shut-off element 4, consisting of a stepped base with a hollow cylinder 5 and a cone 6 located in the lower body 3. Holes 2 in the middle body 1 are made at an angle to reduce the resistance to the influence of the formation fluid during pumping operation, and flushing the casing during flushing and killing operations. On a stepped base with a hollow cylinder 5 of a closure element 4, a large spring 7 is installed, sandwiched between the middle body 1 and a stepped base with a hollow cylinder 5 of a closure element 4. Inside the cone 6 of a closure element 4, a check valve 8 is located, formed by a valve pair consisting of a seat 9 and the ball 10, which is held in the closed position by a small spring 11. The large spring 7 has greater rigidity than the small spring 11, so that when pressure is applied to the cone 6 of the movable closure element 4, the latter moves. An upper body 12 is connected to the middle body 1, which serves as a travel stop for the shut-off element 4 during pumping operation. The locking element 4 is made with the possibility of sliding in the middle housing 1 and the lower housing 3, while at the bottom of the cone 6 there are inclined windows 13 intended for the entry of the well fluid. To ensure tightness on the mating surfaces of the closure element 4 and the lower body 3, there are annular grooves for the sealing elements (not shown). Holes 2 in the middle housing 1 are inclined to the axis at an angle downward to reduce the resistance to the influence of the formation fluid during pumping operation, and flush the casing during flushing and killing operations.

При эксплуатации данное скважинное клапанное устройство устанавливается между погружным насосом и колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) и спускается в скважину. Изначально большая пружина 7 и малая пружина 11 клапанного устройства растянуты, при этом обратный клапан 8 находится в закрытом состоянии, запорный элемент 4 занимает крайнее нижнее положение.During operation, this downhole valve device is installed between the submersible pump and the tubing string and lowered into the well. Initially, the large spring 7 and the small spring 11 of the valve device are stretched, while the check valve 8 is in the closed state, the locking element 4 is in the lowest position.

При фонтанной эксплуатации за счет разности давлений в продуктивном пласте и на устье скважины, пластовая жидкость попадает через отверстия 2 внутрь среднего корпуса 1 и движется по нему вверх, попадая в верхний корпус 12, а из него - в колонну НКТ, по которой поднимается на устье скважины. За счет давления столба жидкости, находящейся в колонне НКТ, шар 10 надежно удерживается в седле 9. 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).During gushing operation, due to the pressure difference in the productive formation and at the wellhead, the formation fluid enters through holes 2 into the middle body 1 and moves upward through it, entering the upper body 12, and from it into the tubing string, along which it rises to the wellhead wells. Due to the pressure of the liquid column in the tubing string, the ball 10 is reliably held in the seat 9. After the flowing stops, they switch to gas-lift production of the formation fluid from the well, during which the position of the valve device parts due to downhole conditions remains the same (Fig. 1).

При насосной эксплуатации скважины пластовая жидкость под рабочим давлением погружного насоса поступает в нижний корпус 3, действует на конус 6 запорного элемента 4 и за счет разности давлений над и под клапаном перемещает запорный элемент 4 вверх до упора в верхний корпус 12, при этом ступенчатое основание с полым цилиндром 5 запорного элемента 4 перекрывает отверстия 2 в среднем корпусе 1, обеспечивая тем самым герметичность. После перемещения запорного элемента 4 пластовая жидкость через окна 13 конуса 6 запорного элемента 4 попадает в обратный клапан 8, поднимая шарик 10 с седла 9, сжимая малую пружину 11, и попадает внутрь ступенчатого основания с полым цилиндром 5 запорного элемента 4. Далее описанным выше путем пластовая жидкость оказывается на устье скважины.During pumping operation of the well, the formation fluid under the working pressure of the submersible pump enters the lower casing 3, acts on the cone 6 of the shut-off element 4 and, due to the pressure difference above and below the valve, moves the shut-off element 4 up to stop in the upper casing 12, while the stepped base with the hollow cylinder 5 of the closure element 4 closes the holes 2 in the middle housing 1, thereby ensuring tightness. After moving the shut-off element 4, the reservoir fluid through the windows 13 of the cone 6 of the shut-off element 4 enters the check valve 8, lifting the ball 10 from the seat 9, compressing the small spring 11, and enters the stepped base with the hollow cylinder 5 of the shut-off element 4. Further, as described above the formation fluid is at the wellhead.

После отключения погружного насоса для последующей промывки или глушения скважины в клапанном устройстве сначала распрямляется менее жесткая малая пружина 11 и шарик 10 устанавливается в седло 9, тем самым закрывается обратный клапан 8, а затем распрямляется большая пружина 7 и запорный элемент 4 возвращается в начальное положение, открывая боковые отверстия 2 в среднем корпусе 1 (фиг. 1). Открытые боковые отверстия 2 в среднем корпусе 1 обеспечивают возможность нагнетания под давлением технологической жидкости с поверхности через клапанное устройство в скважину. Благодаря закрытому обратному клапану 8 предотвращается попадание в погружной насос загрязнений из НКТ.After turning off the submersible pump for subsequent flushing or killing the well in the valve device, the less rigid small spring 11 is first straightened and the ball 10 is installed in the seat 9, thereby closing the check valve 8, and then the large spring 7 is straightened and the shut-off element 4 returns to its initial position, opening the side holes 2 in the middle housing 1 (Fig. 1). Open side holes 2 in the middle housing 1 provide the possibility of pumping process fluid under pressure from the surface through the valve device into the well. Due to the closed check valve 8, contamination from the 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 при промывке и глушении скважины, при этом независимо от применяемого способа добычи пластовой жидкости эксплуатация скважины обеспечивается в непрерывном режиме.The inventive valve device is universal, since it can operate in three modes of well operation - with flowing and gas-lift production, pumping production, as well as when flushing and killing a well, while irrespective of the method used for producing formation fluid, well operation is ensured in a continuous mode.

Claims

Downhole valve device, including a middle body with holes in the side wall, a shut-off element containing a stepped base with a hollow cylinder, lower and upper bodies connected to the middle body and acting as a stop of the shut-off element travel, a movable element, a large spring, a check valve, formed by a valve pair of a saddle-ball and held in a closed position by a small spring, characterized in that the locking element is formed by a stepped base with a hollow cylinder and a movable element, the end of the movable element is formed in the form of a cone located in the lower body and having at the bottom inclined inlet windows, reverse the valve is located inside the cone, and the large spring is made with greater rigidity than the small spring and is installed between the middle body and the stepped base with a hollow cylinder of the shut-off element.