RU2091284C1

RU2091284C1 - Well flow breaker

Info

Publication number: RU2091284C1
Application number: RU95109808A
Authority: RU
Inventors: Н.Н. Пышков; Н.Н. Чумиков
Priority date: 1995-06-14
Filing date: 1995-06-14
Publication date: 1997-09-27
Also published as: RU95109808A

Abstract

FIELD: operation of underground storages of gaseous and liquid hydrocarbons; applicable in prevention of blowouts of stored products into atmosphere in cases of seal failure of wellhead. SUBSTANCE: the offered flow breaker has body with immovable piston. Sealing member with hole and seat is installed between well string and body. Movable gate installed for overlapping the hole in sealing member and forming airtight working chamber connected with surface control system. Novelty consists in that body is made in form of concentric cylindrical bushings forming the control chamber communicated with working chamber, surface control system and additional working chamber. The latter is formed between body and movable bushing with seat located inside body. Bushing is installed for motion along body axis. Located in body lower part, in airtight hollow between movable bushing and string adapter, is spring-loaded disk valve installed for interaction with movable bushing seat. Body upper and lower parts have annular recesses for return springs. EFFECT: higher efficiency. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области эксплуатации подземных хранилищ газообразных и жидких углеводородов и предназначено для предотвращения выброса в атмосферу продуктов хранения при разгерметизации устья скважины. The invention relates to the field of operation of underground storage of gaseous and liquid hydrocarbons and is intended to prevent the release of storage products into the atmosphere during depressurization of the wellhead.

Изобретение может быть использовано в нефтяной, газовой, химической и нефтеперерабатывающей промышленности. The invention can be used in the oil, gas, chemical and oil refining industries.

Известно устройство для одновременного перекрытия эксплуатационных колонн подземных резервуаров, содержащее установленные в межтрубном и трубном пространстве рабочих колонн управляемые затворы, связанные контрольной трубкой с системой управления на поверхности земли [1] Однако использование резиновых уплотнительных элементов снижают надежность срабатывания затвора. A device for the simultaneous closure of production casing of underground tanks, containing installed in the annular and pipe space of the working casing controlled valves connected by a control tube with a control system on the surface of the earth [1] However, the use of rubber sealing elements reduce the reliability of the shutter.

Известно устройство клапана-отсекателя для газовой скважины, содержащее корпус с осевым каналом и седлом; запорный орган выполнен в виде подпружиненной тарельчатой заслонки с узлом управления, включающим трехступенчатый поршень с осевым каналом, образующий с корпусом последовательно размещенные и гидравлически связанные между собой кольцевую и следящую камеры, герметизирующей втулкой с осевыми и продольными каналами, герметизирующей втулкой с осевыми и продольными каналами, связанными с кольцевой камерой [2]
Недостатками этого устройства являются:
отсутствие надежного автоматического перекрытия лифтовой колонны в широком диапазоне изменений рабочего давления и производительности отбора газа;
перекрытие только лифтовой колонны труб.A device for a shutoff valve for a gas well is known, comprising a housing with an axial channel and a saddle; the locking body is made in the form of a spring-loaded poppet valve with a control unit including a three-stage piston with an axial channel, forming an annular and servo chamber sequentially placed and hydraulically connected to each other, a sealing sleeve with axial and longitudinal channels, a sealing sleeve with axial and longitudinal channels, associated with the annular chamber [2]
The disadvantages of this device are:
lack of reliable automatic shut-off of the elevator column in a wide range of changes in operating pressure and gas extraction capacity;
overlapping only the tubing string.

Наиболее близким к заявляемому является устройство клапана-отсекателя для газовой скважины, содержащее корпус с неподвижным поршнем, смонтированный на центральной колонне труб, подвижный затвор, образующий с корпусом герметичную рабочую полость, гидравлически связанную каналом с системой управления, размещенной на поверхности земли, буксы пакера с седлом в нижней части, установленной на центральной колонне [3]
Недостатками этого устройства являются:
незащищенность центральной колонны от выброса продукта;
необходимость создания больших усилий для герметизации буксы пакера;
возможность выхода из строя уплотнительных элементов пакера при спуске в скважину по необработанной поверхности обсадной колонны.Closest to the claimed device is a shut-off valve for a gas well, comprising a housing with a fixed piston mounted on a central pipe string, a movable shutter forming a sealed working cavity hydraulically connected by a channel to a control system located on the ground surface, and a packer box with a saddle at the bottom mounted on the center column [3]
The disadvantages of this device are:
insecurity of the central column from the release of the product;
the need to create great efforts to seal the axlebox packer;
the possibility of failure of the packer sealing elements during descent into the well along the untreated casing surface.

Решаемая задача заключается в повышении надежности предохранительного устройства, позволяющего осуществлять одновременное перекрытие межколонного и трубного пространств эксплуатационных колонн при возникновении аварийной ситуации на устье скважины. The problem to be solved is to increase the reliability of the safety device, allowing simultaneous overlapping of the annular and tubular spaces of production casing in the event of an emergency at the wellhead.

Использование предлагаемого клапана-отсекателя при обустройстве подземных хранилищ газообразных и жидких углеводородов позволяет:
повысить надежность и безопасность их эксплуатации;
упростить конструкцию клапана-отсекателя;
обеспечить одновременное автоматическое перекрытие эксплуатационных колонн при аварийном падении давления на устье скважины;
проводить геофизические исследования в процессе эксплуатации хранилища.The use of the proposed shut-off valve in the arrangement of underground storage of gaseous and liquid hydrocarbons allows:
increase the reliability and safety of their operation;
to simplify the design of the shut-off valve;
provide simultaneous automatic shut-off of production casing in case of emergency pressure drop at the wellhead;
conduct geophysical surveys during the operation of the storage.

Сущность изобретения выражается в том, что корпус скважинного клапана-отсекателя выполнен в виде концентрично расположенных цилиндрических втулок, образующих между собой камеру управления, гидравлически связанную с рабочей камерой, образованной между внешней поверхностью корпуса с неподвижным поршнем и подвижным затвором, наземной системой управления и дополнительной рабочей камерой, образуемой между внутренней поверхностью корпуса с неподвижным поршнем и подвижной втулки с дифференциальным поршнем и седлом в нижней части, причем подвижная втулка размещена внутри корпуса, в нижней части которого установлен подпружиненный тарельчатый затвора, взаимодействующий с седлом подвижной втулки, в верхней и нижней частях корпуса выполнены кольцевые проточки, внутри которых размещены пружины возврата, употнительный элемент выполнен в виде цилиндрической втулки с ребрами жесткости и седлом в нижней части, установленный на корпусе, выше подвижного затвора, причем на внешней поверхности смонтированы уплотнительные кольца. The invention is expressed in that the casing of the downhole shutoff valve is made in the form of concentric cylindrical bushings that form a control chamber between them, hydraulically connected to the working chamber formed between the outer surface of the casing with a fixed piston and a movable shutter, a ground control system and an additional working a chamber formed between the inner surface of the housing with a fixed piston and a movable sleeve with a differential piston and a saddle in the lower part, and the movable sleeve is placed inside the housing, in the lower part of which a spring-loaded poppet valve is installed, which interacts with the saddle of the movable sleeve, annular grooves are made in the upper and lower parts of the housing, return springs are placed inside it, the sealing element is made in the form of a cylindrical sleeve with stiffeners and a saddle in the lower part mounted on the housing, above the movable shutter, and on the outer surface mounted o-rings.

На фиг. 1 представлен продольный разрез скважины с клапаном-отсекателем; на фиг. 2 уплотнительный элемент с седлом подвижного затвора для перекрытия межколонного пространства (2-ой вариант). In FIG. 1 is a longitudinal section through a well with a shutoff valve; in FIG. 2 sealing element with a movable shutter seat for overlapping annular space (2nd option).

Клапан-отсекатеь устанавливается на глубине 10-15 м на центральной колонне труб 1 и включает корпус 2 с внешней и внутренней стенками, образующими герметичную камеру управления 3. Камера 3 связана в верхней части осевым каналом 4 при помощи трубопровода 5 с пультом управления, находящимся на поверхности земли. Подвижный затвор 6 и внешняя стенка корпуса 2 образуют рабочую камеру 7, герметичность которой обеспечивается уплотнительными кольцами 8, смонтированными на затворе 6, и кольцами 9 на неподвижном поршне 10 корпуса 2. Камера управления 3 через радиальное отверстие 11 во внешней стенке корпуса 2 гидравлически связана с рабочей камерой 7. На внешней стенке корпуса 2, выше подвижного затвора 6, смонтирована букса пакера 12, нижняя часть которой является седлом 13 затвора 6. Ниже поршня 10 подвижный затвор 6 образует с внешней стенкой корпуса 2 полость 14 с размещенной внутри ее пружиной сжатия 15. The shut-off valve is installed at a depth of 10-15 m on the central pipe string 1 and includes a housing 2 with external and internal walls forming an airtight control chamber 3. The chamber 3 is connected in the upper part by an axial channel 4 by means of a pipe 5 with a control panel located on the surface of the earth. The movable shutter 6 and the outer wall of the housing 2 form a working chamber 7, the tightness of which is provided by the sealing rings 8 mounted on the shutter 6, and the rings 9 on the stationary piston 10 of the housing 2. The control chamber 3 is hydraulically connected through a radial hole 11 in the outer wall of the housing 2 the working chamber 7. On the outer wall of the housing 2, above the movable shutter 6, the axle box of the packer 12 is mounted, the lower part of which is the saddle 13 of the shutter 6. Below the piston 10, the movable shutter 6 forms a cavity 14 with p zmeschennoy within its compression spring 15.

Подвижная цилиндрическая втулка 16 с дифференциальным поршнем 17 образует с внутренней стенкой корпуса 2 дополнительную рабочую камеру 18, герметичность которой достигается при помощи уплотнительных колец 19, установленных на поршне 17, и колец 20 на внутренней поверхности корпуса 2. Внутренняя стенка корпуса 2 снабжена радиальным отверстием 21, образующим гидравлическую связь между камерой управления 3 и рабочей камерой 18. Подвижная втулка 16 выше поршня 17 образуется с внутренней стеной корпуса 2 полость 22, внутри которой установлена пружина сжатия 23. Нижняя часть подвижной втулки 16 снабжена седлом 24. A movable cylindrical sleeve 16 with a differential piston 17 forms an additional working chamber 18 with the inner wall of the housing 2, the tightness of which is achieved by means of the sealing rings 19 mounted on the piston 17, and the rings 20 on the inner surface of the housing 2. The inner wall of the housing 2 is provided with a radial hole 21 forming a hydraulic connection between the control chamber 3 and the working chamber 18. The movable sleeve 16 above the piston 17 is formed with the internal wall of the housing 2 of the cavity 22, inside which a compression spring is installed ment 23. The lower part of the movable sleeve 16 is provided with a valve seat 24.

В нижней части корпуса 2 размещен подпружиненный тарельчатый затвор 25. Затвор установлен в герметичной полости, образуемой подвижной втулкой 16 в открытом положении и переходником 26 центральной колонны 1, герметизация при помощи резинового уплотнения 27. In the lower part of the housing 2 there is a spring-loaded poppet valve 25. The shutter is installed in a sealed cavity formed by the movable sleeve 16 in the open position and the adapter 26 of the central column 1, sealing with a rubber seal 27.

Уплотнительный элемент (фиг. 2) выполнен в виде цилиндрической втулки 28 с ребрами жесткости 29 внутри ее и седла 30 в нижней части, герметизирующих колец 31 на внешней поверхности цилиндрической втулки. The sealing element (Fig. 2) is made in the form of a cylindrical sleeve 28 with stiffeners 29 inside it and a saddle 30 in the lower part, sealing rings 31 on the outer surface of the cylindrical sleeve.

Работа устройства осуществляется следующим образом. The operation of the device is as follows.

Отбор природного газа может производиться по межтрубному пространству колонн 1-32 и по центральной колонне 1 одновременно, а также раздельно. В процессе эксплуатации рабочее давление в подземном резервуаре 33 изменяется от максимального рабочего до минимального буферного. В случае аварийной ситуации происходит резкое падение давления газа на устье скважины, что является импульсом для подачи рабочего агента (газ, жидкость) с поверхности земли по трубопроводу 5 в камеру управления 3. Natural gas can be taken along the annulus of columns 1-32 and along the central column 1 at the same time, as well as separately. During operation, the working pressure in the underground tank 33 changes from the maximum working to the minimum buffer. In the event of an emergency, a sharp drop in gas pressure occurs at the wellhead, which is an impulse for supplying a working agent (gas, liquid) from the surface of the earth via pipeline 5 to control chamber 3.

Рабочий агент одновременно поступает через отверстия 11 и 21 в рабочие камеры 7 и 18, давит на подвижный затвор 6 и поршень 17 цилиндрической втулки 16, перемещая их вверх. The working agent simultaneously enters through the openings 11 and 21 into the working chambers 7 and 18, presses on the movable shutter 6 and the piston 17 of the cylindrical sleeve 16, moving them up.

Под воздействием избыточного рабочего давления газа в камере 7 затвор 6 садится в седло 13, герметично перекрывая при этом межтрубное пространство колонн 1 и 32. Under the influence of excessive working gas pressure in the chamber 7, the shutter 6 sits in the saddle 13, hermetically blocking the annular space of the columns 1 and 32.

Принудительное перемещение цилиндрической втулки 16 осуществляется до тех пор, пока поршень 17 не достигнет упора во внешней стенке корпуса 2. Втулка 16, перемещаясь вверх, освобождает подпруижненный тарельчатый затвор 25, который под действием усилия пружины кручения и потока газа садится на седло 24, перекрывая центральную колонну 1. Усилия, действующие на подвижный затвор 6 и втулку 16, в момент закрытия затвора 25 невелики, так как подвижные детали перемещаются плавно, без гидравлического удара, за счет сжатия соответственно пружин 15 и 23. После ликвидации последствий аварийной ситуации и восстановления герметичности, на устье скважины создается избыточное давление, давление рабочего агента в камерах 3, 7 и 18 снижается до минимального. При этом подвижный затвор 6 и цилиндрическая втулка 16, тарельчатый затвор 25 под действием пружин сжатия 15 и 23 возвращаются в исходное рабочее положение. Forced movement of the cylindrical sleeve 16 is carried out until the piston 17 reaches an abutment in the outer wall of the housing 2. The sleeve 16, moving upward, releases the spring-loaded poppet valve 25, which, under the action of the torsion spring and gas flow, sits on the seat 24, blocking the central column 1. The forces acting on the movable shutter 6 and the sleeve 16, at the time of closing the shutter 25 are small, since the moving parts move smoothly, without water hammer, due to compression of the springs 15 and 23. respectively elimination of the consequences of the emergency and restoration of tightness, overpressure is created at the wellhead, the pressure of the working agent in chambers 3, 7 and 18 is reduced to a minimum. In this case, the movable shutter 6 and the cylindrical sleeve 16, the disk shutter 25 under the action of compression springs 15 and 23 are returned to their original operating position.

Claims

1. A downhole shutoff valve comprising a housing with a fixed piston, a sealing element with an opening and a seat installed between the well string and the housing, a movable shutter installed with the possibility of blocking the opening in the sealing element and forming a sealed working chamber hydraulically connected with the housing and the piston with a ground control system, characterized in that the casing is made in the form of concentric cylindrical bushings forming a control chamber hydraulically connected to an airtight work whose camera, ground control system and an additional working chamber formed between the housing and placed inside it with a movable sleeve with a saddle mounted to move along the axis of the housing, while in the lower part of the housing in an airtight cavity formed between the movable sleeve and the adapter of the column, a spring-loaded poppet, installed with the possibility of interaction with the saddle of the movable sleeve, and in the upper and lower parts of the housing are made annular grooves provided with springs return.

2. The shut-off valve according to claim 1, characterized in that the sealing element is made in the form of a cylindrical sleeve with stiffening ribs inside and sealing rings on the outer surface of the sleeve.