RU2305171C1

RU2305171C1 - Automated annular gas relief valve assembly

Info

Publication number: RU2305171C1
Application number: RU2006102229/03A
Authority: RU
Inventors: Камил Рахматуллович Уразаков (RU); Камил Рахматуллович Уразаков; Вероника Александровна Молчанова (RU); Вероника Александровна Молчанова; Дмитрий Валерьевич Маркелов (RU); Дмитрий Валерьевич Маркелов; пов Олег Анатольевич Т (RU); Олег Анатольевич Тяпов; Валерий Владимирович Дмитриев (RU); Валерий Владимирович Дмитриев; Игорь Иольевич Иконников (RU); Игорь Иольевич Иконников
Original assignee: ООО "РН-УфаНИПИнефть"
Priority date: 2006-01-26
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2007-08-27
Also published as: RU2006102229A

Abstract

FIELD: oil and gas production industry, particularly valve arrangements for boreholes or wells for annular gas relief to flow string.

SUBSTANCE: automated valve assembly comprises check valve and hydraulic channel. The hydraulic channel is L-shaped. The hydraulic channel and check valve are arranged in flow string clutch inside hole annuity over well fluid level. Inner clutch surface projects over outer surface and defines circle segment in cross-section. Connected to sucker rod string at clutch level is cylinder having diameter exceeding sucker rod string and length exceeding sucker rod stroke. Cylinder centrators are arranged at clutch ends.

EFFECT: decreased gas pressure in hole annuity of well with sucker-rod pump installations regardless of well operation temperature and of gas pressure inside hole annuity, as well as simplified structure.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности и может быть применено для перепуска затрубного газа в колонну насосно-компрессорных труб (НКТ).The invention relates to the field of the oil and gas industry and can be used to transfer annulus gas into a tubing string.

Известно клапанное устройство для перепуска газа из затрубного пространства в насосно-компрессорные трубы [Новое в технике и технологии механизированной добычи нефти. Тематические научно-технические обзоры. М., ВНИИОЭНГ, 1968, с.24-25.], состоящее из обратного клапана, расположенного в затрубном пространстве, и гидравлического канала. Однако это устройство недостаточно эффективно, т.к. возможность перепуска газа в НКТ имеет место только в случае, когда давление газа в затрубном пространстве, т.е. пространстве, образованном внутренней стенкой эксплуатационной колонны и внешней стенкой колонны НКТ, больше давления скважинной жидкости в колонне НКТ.Known valve device for bypassing gas from the annulus into the tubing [New in the technique and technology of mechanized oil production. Thematic scientific and technical reviews. M., VNIIOENG, 1968, p.24-25.], Consisting of a check valve located in the annulus, and a hydraulic channel. However, this device is not effective enough, because the possibility of gas bypass in the tubing takes place only when the gas pressure in the annulus, i.e. the space formed by the inner wall of the production string and the outer wall of the tubing string is greater than the pressure of the borehole fluid in the tubing string.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является автоматическое клапанное устройство, состоящее из обратного клапана и устройства для управления его работой, выполненного в виде поршня и корпуса. Поршень связан с выкидной линией при помощи двух концентрично установленных под ним гофрированных трубок и толкателя. В стенках корпуса имеются клиновидные толкатели с пружинами. Обратный клапан соединен с выкидной линией посредством гидравлического канала [авт. свид. СССР №625021, Е21В 33/03, опубл. 25.09.1978.]. Перепуск газа устройством-прототипом возможен вне зависимости от величины давления газа в затрубном пространстве. Применяется на скважинах, эксплуатируемых в том числе и установками штанговых насосов.Closest to the proposed invention is an automatic valve device, consisting of a check valve and a device for controlling its operation, made in the form of a piston and a housing. The piston is connected to the discharge line by means of two corrugated tubes and a pusher concentrically mounted under it. In the walls of the housing there are wedge-shaped pushers with springs. The non-return valve is connected to the flow line through a hydraulic channel [ed. testimonial. USSR No. 625021, ЕВВ 33/03, publ. 09/25/1978.]. Gas bypass device prototype is possible regardless of the gas pressure in the annulus. It is applied on the wells operated including installations of sucker-rod pumps.

Устройство-прототип недостаточно надежно и эффективно в условиях низких температур вследствие замерзания обратного клапана, расположенного на выкидной линии, а также замерзания гофрированных трубок, которое приводит к их разрыву и нарушению герметичности устройства для управления работой обратного клапана. Конструкция автоматического клапанного устройства в целом отличается сложностью и громоздкостью.The prototype device is not sufficiently reliable and efficient at low temperatures due to freezing of the check valve located on the flow line, as well as freezing of corrugated tubes, which leads to their rupture and violation of the tightness of the device for controlling the operation of the check valve. The design of an automatic valve device is generally complex and cumbersome.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности и эффективности автоматического клапанного устройства для перепуска затрубного газа. Техническим результатом применения устройства является снижение давления газа в затрубном пространстве скважин, эксплуатируемых установками штанговых насосов, независимо от температурных условий работы скважины и от величины давления газа в затрубном пространстве, при упрощении конструкции устройства.The task of the invention is to increase the reliability and efficiency of an automatic valve device for bypass annulus gas. The technical result of the use of the device is to reduce the gas pressure in the annulus of the wells operated by the rod pump installations, regardless of the temperature conditions of the well and the pressure of the gas in the annulus, while simplifying the design of the device.

Поставленная задача решается тем, что автоматическое клапанное устройство для перепуска затрубного газа, содержащее обратный клапан и гидравлический канал, расположено в затрубном пространстве над уровнем скважинной жидкости, Г-образный гидравлический канал с обратным клапаном размещен в муфте колонны НКТ, причем внутренняя поверхность муфты выполнена выпуклой относительно внешней поверхности, в продольном разрезе имеет вид сегмента окружности, на уровне муфты на колонне насосных штанг размещен цилиндр большего диаметра по сравнению с диаметром колонны насосных штанг, длина которого больше длины хода насосных штанг, на концах муфты размещены центраторы цилиндра.The problem is solved in that an automatic valve device for by-pass annulus gas containing a non-return valve and a hydraulic channel is located in the annulus above the level of the well fluid, a L-shaped hydraulic channel with a non-return valve is placed in the tubing string coupling, and the inner surface of the coupling is convex relative to the outer surface, in longitudinal section has the form of a circle segment, at the level of the coupling on the column of pump rods there is a cylinder of a larger diameter compared th column with a diameter of sucker rods, the length of which is greater than the stroke length of sucker rods, at the ends of couplings placed centralizers cylinder.

Авторам известно и другое, кроме указанного выше, техническое решение, касающееся сброса газа из затрубного пространства, которое предусматривает расположение обратного клапана в затрубном пространстве [патент РФ №2079636, Е21В 43/00, опубл. 20.05.1997.], но которое применяется только на скважинах, эксплуатируемых установками электроцентробежных насосов. Применение указанного технического решения на скважинах, эксплуатируемых установками штанговых насосов, невозможно.The authors are aware of another, except for the above, technical solution regarding the discharge of gas from the annulus, which provides for the location of the check valve in the annulus [RF patent No. 2079636, EV 43/00, publ. 05/20/1997.], But which is used only in wells operated by electric centrifugal pump units. The application of the indicated technical solution in wells operated by sucker rod pump installations is impossible.

Также известно использование центраторов, выполняющих функцию сохранения постоянной величины зазора, например, в насосной установке для эксплуатации скважин с боковыми направленными стволами [патент РФ №2159358, F04В 47/02, опубл. 20.11.2000.].It is also known the use of centralizers that perform the function of maintaining a constant gap value, for example, in a pump installation for operating wells with directional sidetracks [RF patent No. 2159358, F04B 47/02, publ. 11/20/2000.].

Однако муфта, врезанная в НКТ и выполненная в продольном сечении в форме сегмента окружности, ранее в клапанных устройствах для перепуска газа не применялась. Зазор, образованный муфтой такой формы и цилиндром большего диаметра по сравнению с диаметром колонны насосных штанг, позволяет многократно увеличить скорость потока жидкости в НКТ и тем самым снизить давление жидкости.However, the sleeve embedded in the tubing and made in a longitudinal section in the form of a circle segment has not previously been used in valve devices for gas bypass. The gap formed by a clutch of this shape and a cylinder of a larger diameter compared to the diameter of the string of sucker rods can significantly increase the fluid flow rate in the tubing and thereby reduce the fluid pressure.

Поэтому заявляемая совокупность признаков, по мнению авторов, соответствует критерию изобретательский уровень. Она является необходимой и достаточной для решения поставленной задачи и достижения технического результата по снижению давления газа в затрубном пространстве в скважинах, эксплуатируемых установками штанговых глубинных насосов независимо от температурных условий и от величины давления газа в затрубном пространстве, при упрощении конструкции устройства.Therefore, the claimed combination of features, according to the authors, meets the criterion of inventive step. It is necessary and sufficient to solve the problem and achieve the technical result of reducing the gas pressure in the annulus in wells operated by sucker rod pump installations regardless of temperature conditions and the magnitude of the gas pressure in the annulus, while simplifying the design of the device.

Конструкция устройства показана на чертеже.The design of the device is shown in the drawing.

Обратный клапан 1 с помощью гидравлического канала Г-образной формы 2 связывает затрубное пространство, образованное внутренней стенкой эксплуатационной колонны 3 и внешней стенкой колонны НКТ 4, с полостью колонны НКТ 4. Гидравлический канал 2 размещен в муфте 5, врезанной в НКТ 4. Внутренняя поверхность муфты 5 выполнена выпуклой относительно внешней поверхности, в продольном разрезе имеет вид сегмента окружности. Предпочтительно, чтобы выход гидравлического канала 2 был расположен в центре сегментной части муфты 5. На уровне сегментной части муфты 5 на колонне насосных штанг 6 размещен цилиндр 7 большего диаметра по сравнению с диаметром колонны насосных штанг 6. Во время работы штангового насоса 8 цилиндр 7 перекрывает длину сегментной части муфты 5, т.е. длина цилиндра 7 больше длины хода насосных штанг 6. Из скважинной жидкости 9, находящейся во внутреннем пространстве эксплуатационной колонны 3, выделяется газ. Обеспечение неизменной величины зазора между цилиндром 7 и сегментной частью муфты 5 осуществляется центраторами 10, размещенными на концах муфты 5 и позволяющими удерживать цилиндр 7 по центру. Центраторы выполнены в виде шайбы с равномерно расположенными отверстиями 11 в поперечном сечении, что не препятствует свободному прохождению жидкости.The check valve 1 using the hydraulic channel of the L-shaped form 2 connects the annular space formed by the inner wall of the production string 3 and the outer wall of the tubing string 4, with the cavity of the tubing string 4. The hydraulic channel 2 is placed in the sleeve 5, embedded in the tubing 4. The inner surface the coupling 5 is made convex relative to the outer surface, in a longitudinal section has the form of a circle segment. It is preferable that the outlet of the hydraulic channel 2 is located in the center of the segment part of the coupling 5. At the level of the segment part of the coupling 5, a cylinder 7 with a larger diameter is placed on the column of the pump rods 6 compared with the diameter of the column of the pump rods 6. During operation of the rod pump 8, the cylinder 7 overlaps the length of the segmented part of the coupling 5, i.e. the length of the cylinder 7 is greater than the stroke length of the sucker rods 6. Gas is emitted from the well fluid 9 located in the interior of the production casing 3. Providing a constant gap between the cylinder 7 and the segmented part of the coupling 5 is carried out by centralizers 10 located at the ends of the coupling 5 and allowing to keep the cylinder 7 in the center. Centralizers are made in the form of washers with evenly spaced openings 11 in cross section, which does not impede the free passage of fluid.

Автоматическое клапанное устройство для перепуска газа работает следующим образом.Automatic valve device for gas bypass works as follows.

В процессе работы штангового насоса 8 за счет прохождения скважинной жидкости 9 через кольцевое пространство, образованное цилиндром 7 и сегментной частью муфты 5, происходит снижение давления жидкости. При этом открывается обратный клапан 1 и перепускает газ через гидравлический канал 2 из затрубного пространства в полость колонны НКТ 4, снижая давление в затрубном пространстве. Использование автоматического клапанного устройства для перепуска газа позволяет осуществлять снижение давления газа в затрубном пространстве независимо от температурных условий работы скважины и от величины давления газа в затрубном пространстве, позволяя повысить уровень жидкости над штанговым насосом, уменьшить глубину подвески штангового насоса при сохранении дебита скважины или увеличить дебит скважины при сохранении глубины подвески насоса. Кроме того, позволяет избежать образования гидратных пробок в затрубном пространстве за счет снижения давления газа в затрубном пространстве.During the operation of the sucker rod pump 8 due to the passage of the borehole fluid 9 through the annular space formed by the cylinder 7 and the segmented part of the coupling 5, the fluid pressure decreases. When this opens the check valve 1 and passes the gas through the hydraulic channel 2 from the annulus into the cavity of the tubing string 4, reducing the pressure in the annulus. Using an automatic valve device for gas bypass allows reducing the gas pressure in the annulus regardless of the temperature conditions of the well and the pressure of the gas in the annulus, increasing the liquid level above the sucker rod pump, reducing the suspension depth of the sucker rod pump while maintaining the flow rate of the well or increasing the flow rate wells while maintaining the depth of the pump suspension. In addition, it avoids the formation of hydrate plugs in the annulus by reducing the gas pressure in the annulus.

Claims

An automatic valve device for annular gas bypass, comprising a check valve and a hydraulic channel, characterized in that the hydraulic channel, L-shaped, with a check valve is placed in the coupling of the tubing string in the annulus above the level of the well fluid, the inner surface of the coupling being made convex relative to the outer surface, in longitudinal section has the form of a circle segment, at the level of the coupling on the column of pump rods there is a cylinder of a larger diameter compared to Diameter of rod string, the length of which is greater than the stroke length of sucker rods, cylinder centralizers are placed on the ends of couplings.