RU2234595C1

RU2234595C1 - Borehole shutoff valve

Info

Publication number: RU2234595C1
Application number: RU2002135378/03A
Authority: RU
Inventors: Н.Н. Чумиков (RU); Н.Н. Чумиков; Н.Н. Пышков (RU); Н.Н. Пышков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Подземгазпром"
Priority date: 2002-12-30
Filing date: 2002-12-30
Publication date: 2004-08-20

Abstract

FIELD: underground oil storage tanks, particularly for preventing atmospheric emission of tank contents when wellhead seal failures, for closing annular and tube spaces of technological tank well.

SUBSTANCE: shutoff valve comprises body with stationary piston, control chamber hydraulically communicated with sealed working chamber of sliding flap formed between body and stationary piston. Body also has ground-based control system and working chamber of disc flap formed between body and bushing with seat sliding inside body. Spring-loaded disc flap cooperating with bushing seat is arranged in lower body part. Body has cylindrical grooves with return springs. Working chamber and return springs of sliding flap are arranged accordingly under stationary piston and above stationary piston. Return springs of disc flap are located above and under differential bushing piston. Distance from lower ends of sliding and closed disc flaps is equal or more than bushing length. Central open flow area dimension of shutoff valve is not less than 100 mm.

EFFECT: possibility of automatic simultaneous closing annular and tube spaces of operational pipe string during emergency incidents in wellhead.

1 dwg

Description

Предлагаемое техническое решение относится к области эксплуатации подземных хранилищ газообразных и жидких углеводородов и предназначено для предотвращения выброса в атмосферу продуктов хранения при разгерметизации устья скважины.The proposed technical solution 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.

Устройство может быть использовано в нефтяной, газовой, химической и нефтеперерабатывающей промышленности для перекрытия межтрубного и трубного пространств технологической скважины.The device can be used in the oil, gas, chemical and oil refining industries to overlap the annular and pipe spaces of a technological well.

Известно устройство клапана-отсекателя для газовой скважины, содержащее корпус с осевым каналом и седлом. Запорный орган клапана 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, связанными с кольцевой камерой /Патент РФ № 1694862, МПК Е 21 В 33/12, опубл. 1991 г./.A device for a shutoff valve for a gas well is known, comprising a housing with an axial channel and a saddle. The valve shutoff 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 associated with the annular chamber / RF Patent No. 1694862, IPC E 21 B 33/12, publ. 1991 /.

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.The disadvantages of this device are: the lack of reliable automatic shut-off of the lift column in a wide range of changes in working pressure and gas extraction performance, overlap only of the lift pipe string.

Известно также 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, буксу пакера с седлом в нижней части, установленную на центральной колонне труб /Авторское свидетельство СССР № 450878, МПК Е 21 В 33/12, опубл. 1974 г.There is also a device for a shutoff 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, a packer box with a saddle in the bottom parts mounted on the central pipe string / USSR Author's Certificate No. 450878, IPC E 21 B 33/12, publ. 1974

Недостатками этого устройства являются незащищенность центральной колонны труб 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 труб.The disadvantages of this device are the insecurity of the central pipe string from product ejection, the need to create great efforts to seal the packer axle box, the possibility of failure of the packer sealing elements when descending into the well along the untreated surface of the pipe casing.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство клапана-отсекателя, содержащее корпус, выполненный в виде концентрично расположенных цилиндрических втулок, образующих между собой камеру управления. Последняя гидравлически связана с рабочей камерой подвижного затвора, 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 втулкой с дифференциальным поршнем и седлом в нижней части. Подвижная втулка размещена внутри корпуса, в нижней части которого установлен подпружиненный тарельчатый затвор, взаимодействующий с седлом подвижной втулки. В верхней и нижней частях корпуса выполнены кольцевые проточки, внутри которых размещены пружины возврата. Уплотнительный элемент выполнен в виде цилиндрической втулки с ребрами жесткости и седлом в нижней части и установлен на корпусе, выше подвижного затвора. На внешней поверхности корпуса смонтированы уплотнительные кольца /Патент РФ № 2091284, МПК В 65 G 5/00, опубл. 1997 г./.Closest to the proposed device is a shut-off valve containing a housing made in the form of concentrically arranged cylindrical bushings forming a control chamber between them. The latter is hydraulically connected to the working chamber of the movable shutter formed between the outer surface of the housing with a fixed piston and a movable shutter, a ground control system and an additional working 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. The movable sleeve is placed inside the housing, in the lower part of which a spring-loaded disk valve is installed, interacting with the saddle of the movable sleeve. In the upper and lower parts of the casing, annular grooves are made, inside of which return springs are placed. The sealing element is made in the form of a cylindrical sleeve with stiffeners and a saddle in the lower part and is mounted on the housing above the movable shutter. O-rings are mounted on the outer surface of the housing / RF Patent No. 2091284, IPC B 65 G 5/00, publ. 1997 /.

Недостатками этого устройства клапана-отсекателя являются невозможность обеспечения необходимых допускаемых скоростей движения через клапан-отсекатель хранимого продукта при его закачке и отборе из подземного хранилища, прохождения геофизических приборов в скважину, а также исключено закрытие клапана-отсекателя при сбросе давления в трубопроводе управления или его аварийном разрушении.The disadvantages of this device, the shutoff valve is the inability to provide the necessary permissible speeds through the shutoff valve of the stored product when it is pumped and taken from the underground storage, the passage of geophysical instruments into the well, and also the closure of the shutoff valve when the pressure is released in the control pipe or its emergency destruction.

Решаемая техническая задача заключается в повышении надежности скважинного клапана-отсекателя, в возможности осуществления одновременного автоматического перекрытия межколонного и трубного пространств эксплуатационных колонн труб при возникновении аварийных ситуаций на устье скважины.The technical task to be solved is to increase the reliability of the borehole shutoff valve, and to allow simultaneous automatic overlapping of the annular and tubular spaces of production tubing strings in case of emergencies at the wellhead.

В результате решения этой задачи закачка и отбор хранимого продукта производятся с нормальными допускаемыми скоростями подачи и отбора продукта, обеспечиваются спуск и подъем геофизических приборов в процессе эксплуатации подземных хранилищ.As a result of the solution of this problem, the injection and selection of the stored product are carried out with normal permissible feed and selection rates of the product, and the descent and lifting of geophysical instruments during the operation of underground storage are provided.

Решение указанной задачи осуществляется при использовании скважинного клапана-отсекателя, содержащего корпус с неподвижным поршнем, выполненный в виде концентричных цилиндрических втулок, образующих камеру управления, гидравлически сообщенную с герметичной рабочей камерой подвижного затвора, образованной между корпусом и неподвижным поршнем, наземной системой управления и рабочей камерой тарельчатого затвора, образованной между корпусом и размещенной внутри него подвижной втулкой с седлом. Подвижная втулка установлена с возможностью перемещения вдоль оси корпуса. В нижней части корпуса, в герметичной полости, образованной между подвижной втулкой и переходником колонны труб скважины, размещен подпружиненный тарельчатый затвор, установленный с возможностью взаимодействия с седлом подвижной втулки. В верхней и нижней частях корпуса выполнены цилиндрические проточки, снабженные пружинами возврата. Согласно предлагаемому техническому решению рабочая камера и пружина возврата подвижного затвора размещены соответственно под и над неподвижным поршнем корпуса, рабочая камера и пружина возврата тарельчатого затвора расположены соответственно над и под дифференциальным поршнем подвижной втулки. Расстояние между нижними торцами подвижного затвора и закрытого тарельчатого затвора больше или равно длине подвижной втулки, а величина центрального проходного сечения клапана-отсекателя не менее 100 мм.The solution to this problem is carried out using a borehole shutoff valve containing a housing with a fixed piston, made in the form of concentric cylindrical bushings forming a control chamber, hydraulically in communication with a sealed working chamber of a movable shutter formed between the housing and a fixed piston, a ground control system and a working chamber a disk-shaped shutter formed between the housing and a movable sleeve with a saddle located inside it. The movable sleeve is mounted to move along the axis of the housing. In the lower part of the housing, in a sealed cavity formed between the movable sleeve and the adapter of the pipe string, a spring-loaded poppet is installed, which is installed with the possibility of interaction with the saddle of the movable sleeve. In the upper and lower parts of the housing, cylindrical grooves are provided with return springs. According to the proposed technical solution, the working chamber and the return spring of the movable shutter are respectively located below and above the stationary piston of the housing, the working chamber and the return spring of the poppet shutter are located respectively above and below the differential piston of the movable sleeve. The distance between the lower ends of the movable shutter and the closed disk shutter is greater than or equal to the length of the movable sleeve, and the size of the central passage section of the shut-off valve is at least 100 mm.

Указанное взаимное расположение рабочих камер скважинного клапана-отсекателя и пружин возврата обеспечивает его закрытие при сбросе давления в трубопроводе управления, например, при его аварийном разрушении и открытие клапана-отсекателя при подаче давления управления в рабочие камеры. Взаимное расположение подвижного затвора и подвижной втулки с тарельчатым затвором для перекрытия трубного пространства скважины, а также величина центрального проходного сечения клапана-отсекателя обеспечивают свободное прохождение геофизических приборов в скважину, в частности, звуколокатора.The indicated mutual arrangement of the working chambers of the downhole shut-off valve and return springs ensures its closure when the pressure in the control pipe is relieved, for example, during its emergency destruction and the shut-off valve opens when the control pressure is applied to the working chambers. The relative position of the movable shutter and the movable sleeve with a poppet to overlap the borehole tube space, as well as the size of the central bore of the shutoff valve, allow free passage of geophysical instruments into the well, in particular, a sonar.

На чертеже представлен продольный разрез технологической скважины вместе со встроенным в нее скважинным клапаном-отсекателем.The drawing shows a longitudinal section of a technological well with a built-in downhole shutoff valve.

Скважинный клапан-отсекатель устанавливается на глубине 10-15 м на центральной колонне труб 1 во вставке 2 внешнем подвесной колонны труб 3 и включает корпус 4 с внешней и внутренней стенками, образующими герметичную камеру управления 5, связанную в верхней части корпуса 1 осевым каналом 6 при помощи трубопровода 7 со станцией управления (не показана), находящейся на поверхности земли.The downhole shutoff valve is installed at a depth of 10-15 m on the central pipe string 1 in the insert 2 of the external pipe suspension string 3 and includes a housing 4 with external and internal walls forming an airtight control chamber 5 connected in the upper part of the housing 1 by an axial channel 6 with the help of the pipeline 7 with a control station (not shown) located on the surface of the earth.

Подвижный затвор 8 и внешняя стенка корпуса 4 образуют рабочую камеру 9 подвижного затвора 8, герметичность которой обеспечивается уплотнительными кольцами 10, смонтированными на подвижном затворе 8, и кольцами 11 на неподвижном поршне 12 корпуса 4. Камера управления 5 через радиальное отверстие 13 во внешней стенке корпуса 4 гидравлически связана с рабочей камерой 9. На внешней стенке корпуса 4, выше подвижного затвора 8, смонтировано седло 14, выполненное в виде цилиндрической втулки 15 с ребрами жесткости 16 внутри нее, герметизирующих колец 17 на внешней поверхности цилиндрической втулки 15, плотно прилегающих к внутренней поверхности вставки 2 подвесной колонны труб 3. Над неподвижным поршнем 12 подвижный затвор 8 образует с внешней стенкой корпуса 4 цилиндрическую проточку 18 с размещенной внутри нее пружиной возврата 19.The movable shutter 8 and the outer wall of the housing 4 form a working chamber 9 of the movable shutter 8, the tightness of which is provided by the sealing rings 10 mounted on the movable shutter 8, and the rings 11 on the stationary piston 12 of the housing 4. The control chamber 5 through the radial hole 13 in the outer wall of the housing 4 is hydraulically connected to the working chamber 9. On the outer wall of the housing 4, above the movable shutter 8, a saddle 14 is mounted, made in the form of a cylindrical sleeve 15 with stiffeners 16 inside it, sealing rings 17 on eshney surface of the cylindrical sleeve 15 tightly adjacent to the interior surface of the insert 2 outboard pipe string 3. Above the fixed piston 12 movable gate 8 forms the outer wall of the housing 4 with a cylindrical bore 18 disposed inside the return spring 19.

Подвижная втулка 20 вместе с дифференциальным поршнем 21 и внутренней стенкой корпуса 4 образует вторую рабочую камеру 22, герметичность которой осуществляется посредством уплотнительных колец 23, установленных на дифференциальном поршне 21, и колец 24, смонтированных на внутренней поверхности корпуса 4. Внутренняя стенка корпуса 4 снабжена радиальным отверстием 25, образующим гидравлическую связь между камерой управления 5 и рабочей камерой 22. Подвижная втулка 20 под дифференциальным поршнем 21 образует с внутренней стенкой корпуса 4 другую цилиндрическую проточку 26, внутри которой установлена пружина возврата 27. Нижняя часть подвижной втулки 20 снабжена седлом 28.The movable sleeve 20 together with the differential piston 21 and the inner wall of the housing 4 forms a second working chamber 22, the tightness of which is carried out by means of o-rings 23 mounted on the differential piston 21, and rings 24 mounted on the inner surface of the housing 4. The inner wall of the housing 4 is provided with a radial a hole 25 forming a hydraulic connection between the control chamber 5 and the working chamber 22. The movable sleeve 20 under the differential piston 21 forms another cylinder with the inner wall of the housing 4 an indigenous groove 26, within which a return spring 27 is installed. The lower part of the movable sleeve 20 is provided with a seat 28.

В нижней части корпуса 4 размещен тарельчатый затвор 29, установленный в герметичной полости, образуемой подвижной втулкой 20 в ее нижнем положении и переходником 30 центральной колонны труб 1. Герметизация этой полости осуществляется посредством уплотнительного элемента 31.In the lower part of the housing 4 there is a disk-shaped shutter 29 installed in an airtight cavity formed by a movable sleeve 20 in its lower position and an adapter 30 of the central pipe string 1. The sealing of this cavity is carried out by means of a sealing element 31.

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

Рабочий агент (машинное масло), подаваемый под давлением по трубопроводу 7, поступает в камеру управления 5 и затем одновременно в рабочие камеры 9 и 22.The working agent (engine oil), supplied under pressure through the pipeline 7, enters the control chamber 5 and then simultaneously into the working chambers 9 and 22.

Под воздействием избыточного давления рабочего агента подвижный затвор 8 и подвижная втулка 20, перемещаясь вниз, сжимают соответственно пружины возврата 19 и 27, открывая проходные каналы межтрубья и центральной колонны труб 1.Under the influence of excessive pressure of the working agent, the movable shutter 8 and the movable sleeve 20, moving downward, compress the return springs 19 and 27, respectively, opening the passage channels of the annulus and the central pipe string 1.

Закрытие скважинного клапана-отсекателя осуществляется автоматически при сбросе или падении давления рабочего агента в трубопроводе 7 на устье скважины при аварийной ситуации. При этом под воздействием пружины возврата 19 подвижный затвор 8 перемещается к седлу 14 и перекрывает кольцевое сечение межтрубного пространства, а пружина возврата 27, разжимаясь, перемещает подвижную втулку 20 вверх, освобождая тем самым тарельчатый затвор 29, который, прижимаясь к седлу 28. перекрывает трубное пространство центральной колонны труб 1 в скважине.The closure of the downhole shutoff valve is carried out automatically when the pressure or pressure of the working agent in the pipeline 7 at the wellhead in case of an emergency. In this case, under the influence of the return spring 19, the movable shutter 8 moves to the seat 14 and overlaps the annular section of the annular space, and the return spring 27, unclenching, moves the movable sleeve 20 upwards, thereby releasing the poppet valve 29, which, pressing against the saddle 28, overlaps the pipe the space of the central pipe string 1 in the well.

Claims

A downhole shutoff valve comprising a housing with a fixed piston made in the form of concentric cylindrical bushings forming a control chamber hydraulically connected to a sealed working chamber of a movable shutter formed between the housing and the fixed piston, a ground control system and a poppet shutter working chamber formed between the housing and a movable sleeve with a saddle located inside it, mounted for movement along the axis of the housing, in the lower part of the housing in an airtight cavity and, formed between the movable sleeve and the pipe string adapter, a spring-loaded poppet valve is mounted to interact with the saddle sleeve of the movable sleeve, cylindrical grooves are provided in the upper and lower parts of the housing, equipped with return springs, characterized in that the working chamber and the return bolt return spring are respectively located under and above the stationary piston of the housing, the working chamber and the spring of the return of the poppet gate are located respectively above and below the differential piston of the movable tulki, while the distance between the lower ends of the movable and closed poppet gates is greater than or equal to the length of the movable sleeve, and the central passage size of the shutoff valve is not less than 100 mm.