RU214949U1 - Клапан для обеспечения циркуляции технологической жидкости между внутренней полостью колонны насосно-компрессорных труб и затрубным пространством - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к нефтегазовой отрасли, в частности для обеспечения циркуляции технологической жидкости между внутренней полостью колонны НКТ и затрубным пространством скважины, во время проведения промывки НКТ. Клапан для обеспечения циркуляции технологической жидкости между внутренней полостью колонны насосно-компрессорных труб и затрубным пространством содержит корпус клапана, выполненный в виде полого цилиндра, на концевых участках которого выполнена резьба для его монтажа в составе колонны НКТ. Внутри корпуса размещен подвижный полый цилиндр, в верхней части которого закреплена клетка с двумя седлами и шариковым запорным элементом с цилиндрическим штоком, позволяющая выполнять клапану роль обратного клапана, а также для обеспечения перемещения подвижного цилиндра с клапанной клеткой в рабочее и промывочное положения. В стенках корпуса выполнены эллипсные пазы для фиксации подвижного цилиндра в крайних положениях с помощью упругих пластинчатых элементов. В корпусе клапана имеется радиальное сквозное отверстие, сообщающее внутреннюю полость НКТ и затрубное пространство. В верхней и нижней частях подвижного цилиндра имеются резиновые уплотнители, предотвращающие попадание рабочей среды в полость между корпусом и подвижным цилиндром. Перемещение подвижного цилиндра внутри корпуса сверху и снизу ограничивается стопорами, фиксирующимися контргайкой. Достигается технический результат – обеспечение многократной возможности промывки, глушения и ремонта скважин с ЭЦН даже при наличии отложений, сужающих проходное сечение НКТ.

Description

Полезная модель редназначена для обеспечения циркуляции технологической жидкости между внутренней полостью колонны НКТ (насосно-компрессорных труб) и затрубным пространством скважины, во время проведения промывки НКТ, для удаления из внутренней полости НКТ загрязнений в виде неорганических солей, твердых взвешенных частиц песка и пород, АСПО (асфальтосмолопарафиновые отложения), для освобождения внутренней полости НКТ от технологической жидкости при подъеме НКТ в процессе ремонта скважины, путём слива технологической жидкости в затрубное пространство скважины, для препятствия слива технологической жидкости из внутренней полости НКТ в затрубное пространство при несанкционированных остановках ЭЦН (электроприводной центробежный насос), для обеспечения возможности подачи на приём ЭЦН реагентов с целью обеспечения его более эффективной работы.

Область техники и применения

Области промышленности, где присутствуют процессы добычи нефти или НСЖ (нефтесодержащая жидкость) и существует вероятность загрязнений внутренней полости НКТ отложениями АСПО, неорганическими солями, твердыми взвешенными частицами песка и пород или иными включениями.

Заявленная полезная модель может применяться в вертикальных, горизонтальных наклонных, разведочных, многоствольных, многозабойных, поисковых, добывающих, резервных, контрольных, оценочных, дублирующих и фонтанных скважинах. А так же скважинах с электроцентробежными насосами и скважинах для геологоразведочных работ.

Уровень техники

Для смены электроцентробежных насосных установок (ЭЦН) в скважинах, имеющих избыточное давление на устье, необходимо предварительно произвести их глушение, то есть заменить столб пластовой жидкости в скважине специальными технологическими жидкостями с большим удельным весом. Данная операция необходима для повышения забойного давления до величины, превышающей пластовое, с целью недопущения выхода пластового флюида на устье скважины при ремонте или смене ЭЦН. Глушение скважин может производиться прямым и обратным способом. При прямом способе: технологическая жидкость закачивается во внутреннюю полость НКТ и выходит в пространство между колонной НКТ и обсадной колонной, называемое затрубным пространством. При обратном способе: технологическая жидкость закачивается в затрубное пространство между обсадной колонной и колонной НКТ и выходит на устье скважины по внутренней полости колонны НКТ.

Для обеспечения циркуляции (возможности прохода технологической жидкости из внутренней полости колонны НКТ в затрубное пространство), в компоновку НКТ включают сбивной (сливной) клапан, который предназначен для сообщения внутренней полости лифта НКТ с затрубным пространством и слива жидкости из внутренней полости НКТ в затрубное пространство в случае подъема НКТ и ЭЦН из скважины. Сбивной клапан состоит из корпуса с ввернутым в него штуцером, который уплотнен резиновым кольцом. При отсутствии АСПО и других отложений на внутренней поверхности НКТ, перед подъемом ЭЦН из скважины, конец штуцера, находящийся во внутренней полости сбивного клапана, сбивается (обламывается) сбрасыванием в скважину специального груза (сбивного ломика) и жидкость из внутренней полости колонны НКТ сливается, через образовавшееся отверстие в затрубное пространство. В процессе эксплуатации скважины на внутренней поверхности колонны НКТ происходит увеличение отложений АСПО, которые уменьшают проходное сечение и тем самым препятствуют прохождению специального груза (сбивного ломика), для активации сбивного клапана.

При отсутствии циркуляции (сообщения между внутренней полостью лифта НКТ и затрубным пространством) применяют так называемое глушение в пласт - мероприятия по закачке технологических жидкостей по затрубному пространству непосредственно в продуктивный пласт. Данные мероприятия, тем более проведенные многократно, оказывают негативное влияние на продуктивные характеристики скважины: снижается дебит, увеличивается временной интервал освоения/вывода скважин на рабочий режим, что вызывает значительные потери количества добываемой НСЖ. Закачка технологических жидкостей в пласт - процесс трудоемкий, дорогостоящий, продолжительный, ведет к большим недоборам нефти после запуска скважины в эксплуатацию после смены или ремонта ЭЦН. Недоборы, как следствие кольматации призабойной зоны скважины мехпримесями в технологических жидкостях применяемых при глушении скважины , продолжаются ещё длительное время после окончания ремонтных работ. Кроме этого, вследствие воздействия солевого раствора возникает интенсивная коррозия спущенного в скважину нефтепромыслового оборудования и несущих конструкций самой скважины.

Раскрытие сущности полезной модели

При образовании отложений на внутренней поверхности НКТ и в полости электроцентробежного насоса, происходит значительное снижение подачи насоса из-за увеличения сопротивлений в оборудовании и возникновения аварийной ситуации. Заявленная полезная модель может применяться для проведения операций глушения, промывки, даже при наличии минимально возможного проходного сечения НКТ и без проведения каких либо дополнительных манипуляций с клапаном.

Универсальный клапан для обеспечения циркуляции технологической жидкости между колонной насосно-компрессорных труб и затрубным пространством содержит корпус клапана (1), выполненный в виде полого цилиндра, на концевых участках которого выполнена резьба для его монтажа в составе колонны НКТ, внутри корпуса размещен подвижный поршень (2) в виде полого цилиндра и клетки (3) для шарикового запорного элемента с цилиндрическим штоком (5), выполняющего роль запорного элемента для обеспечения функции обратного клапана, в стенках корпуса выполнены эллипсные пазы для фиксации подвижного цилиндра в крайних положениях с помощью упругих пластинчатых элементов (4), в корпусе клапана имеется радиальное сквозное отверстие (10), которое сообщает трубное и затрубное пространства НКТ, в верхней и нижней частях подвижного цилиндра имеются резиновые уплотнители (9), предотвращающие попадание рабочей среды в полость между цилиндрами, перемещение подвижного цилиндра внутри корпуса сверху и снизу ограничивается стопорами (6), фиксирующимися контргайкой (7).

Краткое описание чертежа

1. Корпус клапана с присоединительной резьбой НКТ;

2. Подвижный поршень;

3. Цилиндр с клеткой для шарикового элемента;

4. Упругие пластинчатые элементы;

5. Шариковый элемент с цилиндрическим штоком;

6. Стопор перемещения подвижного цилиндра;

7. Контрагайка стопора;

8. Элементы крепления упругих пластинчатых элементов;

9. Резиновый уплотнительный элемент;

10. Радиальное сквозное отверстие.

Полезная модель относится к оборудованию нефтяной промышленности, в частности к клапанным устройствам для скважин, оборудованных электроцентробежными насосами (ЭЦН). Для обеспечения циркуляции технологической жидкости из колонны НКТ в затрубное пространство скважины (промывки) и удаления посредством этого из полости колонны НКТ загрязнений, например неорганических солей, твердых взвешенных частиц песка и пород, АСПО или иных включений и веществ. А так же освобождения полости НКТ от технологической жидкости при их подъеме в процессе ремонта скважины, за счет обеспечения слива технологической жидкости из полости НКТ в затрубное пространство. Кроме того предложенная полезная модель так же выполняет функцию обратного клапана, препятствующего сливу пластовой жидкости из полости НКТ в затрубное пространство при несанкционированной остановке электроцентробежного насоса.

Осуществление полезной модели

Известно скважинное клапанное устройство (Патент РФ №2023865), содержащее обратный клапан, в корпусе которого установлен подпружиненный запорный элемент и выполнены каналы для прохода промывочной жидкости, при этом входной канал клапана имеет возможность соединения с полостью НКТ, а выходной - с каналом, имеющим возможность соединения с затрубным пространством НКТ и обсадной трубы. Корпус клапана эксцентрично установлен по отношению к патрубку, проходной канал которого сообщается с НКТ.

Такое устройство позволяет снизить расход промывочной жидкости и повысить качество промывки НКТ, так как обеспечивает возможность прямой промывки при подаче промывочной жидкости в НКТ, далее через клапан в межтрубное пространство НКТ и обсадной трубы.

Однако известное устройство сложно в эксплуатации, так как открытие клапана для прямой промывки осуществляется при обратной промывке, а фиксация запорного элемента в открытом положении осуществляется сложным узлом фиксации, что снижает надежность работы устройства. Описанные выше недостатки усугубляются из-за малых диаметральных размеров.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели является скважинный узел установки для промывки насосно-компрессорных труб от асфальтосмолопарафиновых отложений (Патент РФ №89599), содержащий обратный клапан, в корпусе которого установлен подпружиненный запорный элемент и выполнены каналы для прохода промывочной жидкости, при этом входной канал клапана имеет возможность соединения с полостью НКТ, а выходной - с полостью обсадной трубы.

Однако указанное известное устройство имеет следующие недостатки:

невозможность регулирования силы поджатия пружины, из-за чего, вследствие вибрации запорного элемента при прокачке промывочной жидкости, могут быть утечки;

наличие «вредного» пространства в области выходного канала, соединенного с обсадной колонной, вследствие чего может происходить закупорка клапана из-за скапливания загрязняющих веществ;

недостаточная пропускная способность, вследствие малых сечений пропускных каналов.

Требуемый технический результат, в виде проведения многократных операций по промывке НКТ с целью удаления загрязнений из внутренней полости НКТ за счет циркуляции технологической жидкости между внутренней полостью колонны НКТ и затрубным пространством или глушению скважины для проведения ремонта без подъема НКТ на поверхность, достигается за счет применения предлагаемой полезной модели, включающей в себя корпус клапана, выполненный в виде полого цилиндра, на концевых участках которого выполнена резьба для монтажа в колонну НКТ, в стенках корпуса выполнены эллипсные пазы для фиксации подвижного полого цилиндра в разных положениях посредством упругих пластинчатых элементов, в корпусе клапана имеется сквозное отверстие которое сообщает трубное и затрубное пространство НКТ, клетки обратного клапана, запорного элемента в виде шарикового элемента с цилиндрическим штоком, резиновых уплотнителей подвижного полого цилиндра, стопора перемещения подвижного цилиндра и контргайки.

Технический результат, достигаемый предлагаемой полезной моделью, обеспечивается за счет упрощения конструкции клапана, ухода от сложных узлов и механизмов, исключения необходимости дополнительных механических воздействий на клапан (как сброс сбивного ломика на сбивной клапан, который становится невозможен из-за уменьшения проходного сечения НКТ, вызванного отложениями АСПО) и извлечения колонны НКТ во время проведения ремонта скважин (т.к. сбивной клапан может быть использован единожды и при последующих операциях потребуется его замена), возможности фиксации подвижного цилиндра в различных положениях в зависимости от вида проводимой технологической операции (промывка, глушение, подъем НКТ и ЭЦН) и возможностью управления положением подвижного цилиндра за счет создаваемого внешнего давления.

Исполнение запорного блока в виде подвижного цилиндра с клеткой запорного элемента и шариковым элементом с цилиндрическим штоком, упругих пластинчатых фиксирующих элементов на корпусе полого подвижного внутреннего цилиндра, обеспечивает упрощение конструкции, наличие уплотнительных резиновых элементов на верхней и нижней части подвижного внутреннего цилиндра, исключает контакт упругих элементов с рабочей средой, а значит, обеспечивает надежность конструкции и долговечность работы.

Надежность и простота конструкции так же обеспечивается за счет того, что пружинная система в клапане, состоит из разнесенных по длине подвижного полого цилиндра стальных пластин, жестко закрепленных на внешней стороне подвижного цилиндра.

Благодаря тому, что подвижный цилиндр выполнен с возможность продольного перемещения, обеспечивается перекрытие или открытие радиального отверстия в стенке корпуса клапана для прохода технологической жидкости в затрубное пространство. Клапан приводится в рабочее положение посредством включения в работу штатного насоса ЭЦН или подачей рабочего давления с устья скважины, а удерживается в открытом положении за счет заданной жесткости пластинчатых пружин.

Выполнение внутреннего подвижного цилиндра полым, обеспечивает сообщение полости НКТ между пространством над корпусом клапана и пространством под корпусом клапана, что позволяет свободно циркулировать жидкости в колонне НКТ во всех направлениях в зависимости от текущего положения внутреннего подвижного цилиндра.

Благодаря тому, что в качестве упругого элемента используются пластинчатые пружины, обеспечивающие возможность надежной фиксации подвижного полого цилиндра в рабочем (верхнем) или в промывочном (нижнем) положении, предложенная полезная модель может многократно, без необходимости подъема НКТ, выполнять функции как сливного, так и обратного клапана.

Полезная модель поясняется чертежом, где изображен общий вид универсального клапана в положении при промывке НКТ (нижнем) и общий вид универсального клапана при работе ЭЦН (верхнем). Предлагаемый универсальный клапан для промывки НКТ от АСПО содержит корпус клапана (1), выполненный в виде полого цилиндра, на концевых участках которого выполнена резьба для монтажа клапана в колонну НКТ. В стенке корпуса клапана выполнено сквозное радиальное отверстие (10) для прохода технологической жидкости в полость затрубного пространства между корпусом клапана и эксплуатационной колонной скважины. Внутри корпуса размещен запорный блок, состоящий из подвижного полого цилиндра с жестко закрепленными на нем пластинчатыми упругими элементами (4).

Указанный запорный блок размещен в области радиального отверстия. При этом запорный блок за счет наличия резиновых уплотнительных элементов (9) образует герметичную полость в зазоре между внутренними стенками корпуса и наружными стенками полого подвижного цилиндра (2) запорного блока. При этом внутренняя полость НКТ может быть в некоторых случаях сообщена отверстиями с затрубным пространством скважины.

Стопор (6) фиксирующийся контргайкой (7) ограничивает продольное перемещение подвижного цилиндра и перемещает в рабочее положение шариковый запорный элемент при работе электроцентробежного насоса.

Подвижный цилиндр представляет собой полый цилиндр, с обработанными цилиндрическими стенками для получения герметичности. На верхнем и нижнем конце подвижного цилиндра имеются выемки для размещения резиновых уплотнительных элементов.

Заявленный универсальный клапан устанавливается в составе НКТ.

Таким образом, устройство, помещённое в нижней части колонны НКТ, непосредственно над погружным электроцентробежным насосом, характеризуется простотой и надежностью работы, предоставляет многократную возможность промывки, глушения и ремонта скважин с ЭЦН даже при наличии минимально возможного проходного сечения НКТ.

Claims (3)

1. Клапан для обеспечения циркуляции технологической жидкости между внутренней полостью колонны насосно-компрессорных труб и затрубным пространством, содержащий корпус клапана, выполненный в виде полого цилиндра, на концевых участках которого выполнена резьба для его монтажа в составе колонны НКТ, внутри корпуса размещен подвижный полый цилиндр, в верхней части которого закреплена клетка с двумя седлами и шариковым запорным элементом с цилиндрическим штоком, позволяющая выполнять клапану роль обратного клапана, а также для обеспечения перемещения подвижного цилиндра с клапанной клеткой в рабочее и промывочное положения, в стенках корпуса выполнены эллипсные пазы для фиксации подвижного цилиндра в крайних положениях с помощью упругих пластинчатых элементов, в корпусе клапана имеется радиальное сквозное отверстие, которое сообщает внутреннюю полость НКТ и затрубное пространство, в верхней и нижней частях подвижного цилиндра имеются резиновые уплотнители, предотвращающие попадание рабочей среды в полость между корпусом и подвижным цилиндром, перемещение подвижного цилиндра внутри корпуса сверху и снизу ограничивается стопорами, фиксирующимися контргайкой.

2. Клапан для обеспечения циркуляции технологической жидкости между внутренней полостью колонны насосно-компрессорных труб и затрубным пространством по п. 1, отличающийся тем, что упругость пластинчатых упругих элементов может быть подобрана для каждой скважины индивидуально, исходя из гидродинамических показателей.

3. Клапан для обеспечения циркуляции технологической жидкости между внутренней полостью колонны насосно-компрессорных труб и затрубным пространством по п. 1, отличающийся тем, что для фиксации положения подвижного цилиндра применяются упругие элементы в виде стальных пластин.

Images