RU2465438C1

RU2465438C1 - Borehole gate

Info

Publication number: RU2465438C1
Application number: RU2011119384/03A
Authority: RU
Inventors: Адил Дахил оглы Набиев (AZ); Адил Дахил оглы Набиев; Олег Сергеевич Николаев (RU); Олег Сергеевич Николаев
Original assignee: Олег Сергеевич Николаев
Priority date: 2011-05-13
Filing date: 2011-05-13
Publication date: 2012-10-27

Abstract

FIELD: oil and gas production.

SUBSTANCE: borehole gate consists of casing confined by collar bushing and seat to make the chamber accommodating bellow filled with compressed gas, shutoff valve arranged on its drive rod and coupled directly with bellow face making the shutoff valve reciprocating. Stepped bushing with diameter smaller than that of hole diameter is tightly secured on aforesaid casing. Opposed radial openings are arranged in casing and bushing walls to communicate the chamber with annular space. Adapter with radial openings is arranged above said casing to lower borehole gate into borehole and lift it there from. Stepped bushing is provided with adapter fitted in parker mounting adapter to separate well space above and under parker. Said adapter protects the gate against unexpected obstacles in tripping and eases its mounting at parker seat.

EFFECT: simplified design, reliable operation.

3 dwg

Description

Изобретение относится к области горного дела, в частности к добыче нефти, и предназначено для перекрытия скважины в процессе ее эксплуатации и предотвращения открытого фонтанирования скважинной жидкости при проведении ремонтно-профилактичеких работ.The invention relates to the field of mining, in particular to oil production, and is intended to block the well during its operation and to prevent open flowing of the wellbore during maintenance and repair work.

Известен пакер, содержащий верхний и нижний переводники, полый ствол с рукавным уплотнителем. На стволе установлена с возможностью перемещения дифференциальная втулка с двумя внутренними перемычками, между которыми и стволом образована средняя камера. В стволе установлен поршень с седлом под сбросовый шар. Пакер содержит обратный клапан в нижнем переводнике, содержащий корпус, подпружиненный запорный элемент и клапанную втулку, взаимодействующую с поршнем и установленную на корпусе с фиксацией срезным штифтом. Сквозные отверстия, выполненные в стенке ствола и сообщающие полость ствола со средней камерой, перекрыты еще одним обратным клапаном. Давления, возникающие в пакере, и диаметры элементов пакера, с которыми взаимодействует дифференциальная втулка, связаны математическими зависимостями (Патент RU №2409736 С1. Пакер. - МПК: Е21В 33/12. - 20.01.2011).Known packer containing upper and lower sub, a hollow barrel with a sleeve seal. A differential sleeve with two internal jumpers, between which the middle chamber is formed between the barrel and the trunk, is mounted with the possibility of movement. In the barrel there is a piston with a saddle for a discharge ball. The packer contains a check valve in the lower sub, containing a housing, a spring-loaded locking element and a valve sleeve interacting with the piston and mounted on the housing with fixation by a shear pin. Through holes made in the wall of the barrel and communicating the cavity of the barrel with the middle chamber are blocked by another check valve. The pressures arising in the packer, and the diameters of the packer elements with which the differential sleeve interacts, are related by mathematical dependencies (Patent RU No. 2409736 C1. Packer. - IPC: Е21В 33/12. - 01.20.2011).

Известно устройство для перекрытия ствола скважины при извлечении из нее насосного оборудования, содержащее корпус с уплотнительным элементом и центральным каналом с седлом и установленный на корпусе с возможностью перекрытия центрального канала клапан с фиксатором его закрытого положения, выполненным в виде противовеса. Устройство снабжено прикрепленным к седлу гнездом с окнами, внутри которого размещен клапан, выполненный в виде кулачка с конической посадочной поверхностью и продольным пазом со вставленным в него рычагом с шаровым концом, который взаимодействует с противовесом, выполненным в виде патрубка. Для повышения устойчивости посадки в стволе скважины устройство может быть снабжено фиксирующим устройством, автоматически взаимодействующим с кулачком клапана. Для повышения надежности фиксации устройства в скважине и автоматического привода в действие фиксирующего устройства оно может быть снабжено стопорным механизмом, выполненным в виде вилки, нижний конец которой выполнен в виде усеченного конуса, и взаимодействующим со стопором, выполненным с возможностью радиального перемещения (Патент RU №2294428 С2. Устройство для перекрытия ствола скважины. - МПК Е21В 34/06. - 27.02.2007).A device is known for shutting off a wellbore when removing pumping equipment from it, comprising a body with a sealing element and a central channel with a seat and a valve installed on the body with the possibility of blocking the central channel with a lock of its closed position, made in the form of a counterweight. The device is equipped with a nest attached to the saddle with windows, inside of which there is a valve made in the form of a cam with a conical seating surface and a longitudinal groove with a lever with a ball end inserted into it, which interacts with a counterweight made in the form of a nozzle. To increase the stability of the landing in the wellbore, the device can be equipped with a locking device that automatically interacts with the valve cam. To improve the reliability of fixing the device in the well and automatically actuating the locking device, it can be equipped with a stop mechanism made in the form of a fork, the lower end of which is made in the form of a truncated cone, and interacting with a stopper made with the possibility of radial movement (Patent RU No. 2294428 C2. Device for shutting off a wellbore. - IPC Е21В 34/06. - 02.27.2007).

Недостатком известных аналогов устройства является низкая надежность их при работе и эксплуатации скважины.A disadvantage of the known analogues of the device is their low reliability during operation and operation of the well.

Наиболее близким аналогом является скважинный клапан-отсекатель, устанавливаемый в посадочный ниппель пакера. Клапан-отсекатель содержит корпус с ниппелем в верхней части и седлом внизу. На корпусе концентрично размещена ступенчатая втулка, имеющая возможность ограниченного возвратно-поступательного осевого перемещения относительно корпуса. Ступенчатая втулка связана с корпусом с помощью срезных элементов. В верхней части ступенчатой втулки внутри имеется переводник, а. в нижней части ее выполнена с наконечником, устанавливаемым в посадочный ниппель пакера, и кольцевым выступом. В наконечнике, корпусе и втулке выполнены радиальные каналы. Внутри корпуса установлен привод, выполненный в виде гофрированного сильфона, заполненного газом, и поршня, соединенного с сильфоном, с одной стороны, и штоком, имеющим возможность ограниченного возвратно-поступательного осевого перемещения, с другой стороны. На конце штока установлен затвор, выполненный в виде шара, со ступенчатой кольцевой канавкой, заполненной эластичным материалом в верхней части затвора, взаимодействующего с седлом, причем внутренняя часть канавки через каналы, выполненные в затворе, сообщается с пространством скважины ниже клапана-отсекателя. В нижней части штока выполнены продольные каналы для сообщения пространств над и под затвором при открытом клапане. Для фиксации штока в крайнем верхнем положении на поршне выполнена кольцевая канавка, а в корпусе - окна, в которых установлены кулачки. Перемещение корпуса относительно ступенчатой втулки ограничено срезными винтами. Для герметичной установки клапана в скважине на корпусе установлены уплотнения. Переводником клапан-отсекатель соединяется с инструментом для спуска его в скважину, а после спуска клапана-отсекателя, последний фиксируется с помощью подвижной втулки и цанги в посадочном ниппеле пакера (Патент RU №2021490 С1. Скважинный клапан-отсекатель. - МПК⁵: Е21В 34/06. - 5.10.1994). Данное устройство принято за прототип.The closest analogue is the borehole shutoff valve installed in the packer landing nipple. The shutoff valve comprises a housing with a nipple in the upper part and a saddle in the bottom. A stepped sleeve is concentrically placed on the housing, with the possibility of limited reciprocal axial movement relative to the housing. The stepped sleeve is connected to the housing using shear elements. In the upper part of the stepped sleeve inside there is a sub, as well. in the lower part it is made with a tip installed in the landing nipple of the packer, and an annular protrusion. Radial channels are made in the tip, body and sleeve. Inside the housing, a drive is installed, made in the form of a corrugated bellows filled with gas, and a piston connected to the bellows, on the one hand, and a rod with the possibility of limited reciprocating axial movement, on the other hand. At the end of the rod, a shutter is installed, made in the form of a ball, with a stepped annular groove filled with elastic material in the upper part of the shutter interacting with the seat, and the inner part of the groove through the channels made in the shutter communicates with the borehole space below the shutoff valve. In the lower part of the rod, longitudinal channels are made for communicating the spaces above and below the valve with the valve open. To fix the rod in its highest position, an annular groove is made on the piston, and in the case there are windows in which the cams are mounted. The movement of the housing relative to the stepped sleeve is limited by shear screws. For hermetic installation of the valve in the well, seals are installed on the body. The shut-off valve is connected to the tool by an adapter to lower it into the well, and after the shut-off valve is released, the latter is fixed with a movable sleeve and collet in the packer’s landing nipple (Patent RU No. 2021490 C1. Downhole shut-off valve. - IPC ⁵ : Е21В 34 / 06. - 5.10.1994). This device is taken as a prototype.

Недостатком известного клапана-отсекателя, принятого за прототип, является подвижное соединение ступенчатой втулки с корпусом и наличие в корпусе поршня, передающего ограниченное возвратно-поступательное осевое перемещение штоку с затвором через давление скважинной жидкости на сильфон с сжатым газом, что усложняет конструкцию и снижает надежность работы клапана-отсекателя.A disadvantage of the known shutoff valve, adopted for the prototype, is the movable connection of the stepped sleeve with the housing and the presence of a piston in the housing transmitting limited reciprocating axial movement to the stem with the valve through the pressure of the well fluid to the bellows with compressed gas, which complicates the design and reduces the reliability shut-off valve.

Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является упрощение конструкции и повышение надежности ее с возможностью извлечения при обслуживании и ремонте скважины.The main task to be solved by the claimed invention is directed is to simplify the design and increase its reliability with the possibility of extraction during maintenance and repair of the well.

Техническим результатом, достигаемым предложенным техническим решением, является упрощение конструкции и повышение надежности в работе.The technical result achieved by the proposed technical solution is to simplify the design and increase reliability in operation.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном скважинном затворе, содержащем корпус, ограниченный ниппелем и седлом, внутри корпуса размещен сильфон, заполненный через ниппель сжатым газом, запорный клапан, установленный на штоке, проходящем через седло с возможностью ограниченного возвратно-поступательного осевого перемещения, образующие между собой канал, перекрываемый клапаном, при этом на корпусе установлена ступенчатая втулка диаметром, меньшим диаметра ствола скважины, образующие кольцевую полость, сообщающуюся с пространством скважины над затвором, при этом в стенках корпуса и втулки выполнены радиальные окна для сообщения между полостью корпуса и кольцевой полостью, причем втулка выполнена с наконечником, устанавливаемым в посадочный ниппель пакера, а над ниппелем корпуса выполнен переводник с радиальными отверстиями для спускоподъемного инструмента согласно предложенному техническому решению, корпус закреплен в ступенчатой втулке, причем таким образом, что радиальные окна каждого из них расположены друг перед другом, при этом шток привода запорного клапана в движение соединен непосредственно с торцом сильфона, последний размещен в камере, образованной полостью корпуса между ниппелем и седлом, сообщающейся с подклапанным пространством через канал между штоком и седлом, с одной стороны, и кольцевой полостью через совмещенные радиальные окна корпуса и втулки, с другой стороны.The specified technical result is achieved by the fact that in a well-known borehole shutter containing a housing limited by a nipple and a seat, a bellows is placed inside the housing filled with compressed gas through the nipple, a shut-off valve mounted on a stem passing through the saddle with the possibility of limited reciprocating axial movement, forming a channel between themselves, overlapped by a valve, while a step sleeve is installed on the body with a diameter smaller than the diameter of the wellbore, forming an annular cavity, communicating bore with the borehole space above the shutter, while in the walls of the body and the sleeve there are radial windows for communication between the body cavity and the annular cavity, the sleeve being made with a tip installed in the packer’s landing nipple, and an adapter with radial holes for the lifting tool is made over the body nipple according to the proposed technical solution, the housing is fixed in a stepped sleeve, so that the radial windows of each of them are located in front of each other, while the rod the shutter valve is driven directly to the bellows end, the latter is placed in the chamber formed by the body cavity between the nipple and the seat, communicating with the subvalve space through the channel between the stem and the seat, on the one hand, and the annular cavity through the combined radial windows of the body and the sleeve, on the other hand.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного скважинного затвора, отсутствуют. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».The analysis of the prior art by the applicant has made it possible to establish that there are no analogs characterized by sets of features identical to all the features of the claimed downhole shutter. Therefore, the claimed technical solution meets the condition of patentability "novelty."

Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствуют условию патентоспособности «изобретательский уровень».The search results for known solutions in the art in order to identify features that match the distinctive features of the prototype of the features of the claimed technical solution have shown that they do not follow explicitly from the prior art. From the prior art determined by the applicant, the influence of the transformations provided for by the essential features of the claimed technical solution on the achievement of the specified technical result is not revealed. Therefore, the claimed technical solution meets the condition of patentability "inventive step".

На фиг.1 показан скважинный затвор; на фиг.2 - то же, после посадки в скважину; на фиг.3 - то же, при заборе скважинной жидкости.1 shows a downhole shutter; figure 2 is the same after landing in the well; figure 3 is the same when taking well fluid.

Скважинный затвор состоит из корпуса 1, ограниченного ниппелем 2 и седлом 3 с образованием камеры 4, в последней размещен сильфон 5, запорного клапана 6, установленного на штоке 7 привода запорного клапана 6 в движение и соединенного непосредственно с торцом сильфона 5, сообщающего запорному клапану 6 возвратно-поступательное перемещение. Шток 7 размещен в седле 3 с образованием между собой канала 8, перекрываемого запорным клапаном 6 при сжатии сильфона 5 (Фиг.1). Сильфон 5 заполнен через ниппель 2 сжатым газом и имеет при атмосферном давлении в камере 4 длину l₁. На корпусе 1 герметично установлена ступенчатая втулка 9 диаметром, меньшим диаметра ствола 10 скважины, с образованием между собой кольцевой полости 11, сообщающейся с пространством скважины над затвором. В стенках корпуса 1 и втулки 9 выполнены радиальные окна 12, расположенные друг перед другом и сообщающие камеру 4 с кольцевой полостью 11. Над корпусом 1 установлен переводник 13 с радиальными отверстиями 14, предназначенный для соединения его с инструментом спуска скважинного затвора в скважину и подъема из нее. Втулка 9 выполнена с наконечником 15, устанавливаемым в посадочный ниппель 16, закрепленный на пакере, разобщающем пространства скважины над и под затвором (Фиг.2). Наконечник 15 предохраняет скважинный затвор от непредвиденных препятствий при спускоподъемных операциях и создает удобство для его установки в посадочный ниппель 16 пакера.The downhole valve consists of a housing 1, bounded by a nipple 2 and a seat 3 with the formation of a chamber 4, in the latter there is a bellows 5, a shut-off valve 6 mounted on the stem 7 of the actuator of the shut-off valve 6 in motion and connected directly to the end of the bellows 5, which communicates to the shut-off valve 6 reciprocating movement. The rod 7 is placed in the saddle 3 with the formation of a channel 8, overlapped by a shut-off valve 6 during compression of the bellows 5 (Figure 1). The bellows 5 is filled through the nipple 2 with compressed gas and has a length l ₁ at atmospheric pressure in the chamber 4. On the housing 1, a stepped sleeve 9 is hermetically installed with a diameter smaller than the diameter of the wellbore 10, with the formation of an annular cavity 11 communicating with the space of the well above the shutter. Radial windows 12 are made in the walls of the housing 1 and the sleeve 9, located in front of each other and communicating with the annular cavity 4 to the chamber 4. An adapter 13 with radial openings 14 is installed above the housing 1, which is used to connect it to the tool for releasing the borehole shutter into the borehole and lifting it from her. The sleeve 9 is made with a tip 15 that is installed in the landing nipple 16, mounted on a packer, separating the space of the well above and below the shutter (Figure 2). The tip 15 protects the borehole shutter from unforeseen obstacles during tripping and creates convenience for its installation in the landing nipple 16 of the packer.

Предложенный скважинный затвор работает следующим образом.The proposed downhole shutter operates as follows.

Перед спуском скважинного затвора в скважину сильфон 5 через ниппель 2 заряжается сжатым газом на расчетное давление в зависимости от заданной высоты столба скважинной жидкости над затвором и имеет длину l₁. С помощью сильфона 5 и штока 7 запорный клапан 6 находится в крайнем нижнем открытом положении. Затем спускоподъемным инструментом с помощью насосно-компрессорных труб скважинный затвор спускают в ствол 10 скважины, наконечник 15 ступенчатой втулки 9 утапливается в посадочный ниппель 16 и герметично закрепляется в пакере. Под действием гидростатического давления столба скважинной жидкости, заполняющей камеру 4 через совмещенные радиальные окна 12 в стенках корпуса 1 и втулки 9, сильфон 5 сжимается до величины l₂ и торцом тянет вверх шток 7 с затвором 6, последний закрывает канал 8 между седлом 3 и штоком 7, разобщающий пространства скважины над и под скважинным затвором, тем самым предотвращается открытое фонтанирование скважины. После чего спускоподъемный инструмент удаляется из ствола 10 скважины. Затем в скважину спускается скважинный насос 17, с включением в работу которого высота столба жидкости над скважинным затвором снижается и давление скважинной жидкости в камере 4 уменьшается. Под действием сжатого газа в камере 4 сильфон 5 удлиняется до величины l₃ и торцом перемещает вниз шток 7 с затвором 6, последний открывает канал 8 между седлом 3 и штоком 7, тем самым сообщает камеру 4 с подклапанным пространством, обеспечивая поступление скважинной жидкости из пласта скважины через пакер в пространство ствола скважины над затвором в насос 17 (Фиг.3). В случае остановки скважины и превышения заданного уровня скважинной жидкости в стволе скважины над затвором, давление жидкости в камере 4 превысит допустимое сжатым газом в сильфоне 5, последний сжимается, тянет вверх шток 7 с затвором 6 и закрывает канал 8 между седлом 3 и штоком 7, тем самым разобщаются пространства в стволе 10 скважины над и под затвором, предотвращая открытое фонтанирование скважины. При необходимости извлечения скважинного затвора из посадочного ниппеля 16 пакера переводник 13 скважинного затвора ловится за радиальные отверстия 14 и скважинный затвор с помощью, например, тросовой техники перемещается вверх в устье скважины (на чертеже инструмент для извлечения не показан).Before releasing the well shutter into the well, the bellows 5 through the nipple 2 is charged with compressed gas at the design pressure, depending on the specified height of the well column above the shutter and has a length l ₁ . With the help of the bellows 5 and the stem 7, the shutoff valve 6 is in the lowermost open position. Then, with a lifting tool, using the tubing, the borehole shutter is lowered into the wellbore 10, the tip 15 of the step sleeve 9 is sunk into the landing nipple 16 and hermetically fixed in the packer. Under the influence of hydrostatic pressure of a wellbore fluid column filling the chamber 4 through the combined radial windows 12 in the walls of the housing 1 and sleeve 9, the bellows 5 is compressed to a value of l ₂ and end-up pulls the rod 7 with the valve 6, the latter closes the channel 8 between the seat 3 and the rod 7, uncoupling the space of the well above and below the wellbore, thereby preventing open flowing of the well. After which the hoisting tool is removed from the wellbore 10. Then, the downhole pump 17 is lowered into the well, with the inclusion of which the height of the liquid column above the borehole decreases and the pressure of the borehole fluid in the chamber 4 decreases. Under the action of compressed gas in the chamber 4, the bellows 5 lengthens to a value of l ₃ and end-up moves the rod 7 with the shutter 6, the latter opens the channel 8 between the seat 3 and the rod 7, thereby communicating the chamber 4 with the subvalve space, ensuring the entry of the borehole fluid from the reservoir wells through the packer into the space of the wellbore above the shutter to the pump 17 (Figure 3). If the well stops and the specified level of the borehole fluid in the borehole exceeds the shutter, the fluid pressure in the chamber 4 will exceed the allowable pressure in the bellows 5, the latter is compressed, pulls the rod 7 with the shutter 6 and closes the channel 8 between the seat 3 and the rod 7, thereby disconnecting the space in the wellbore 10 above and below the shutter, preventing open flowing of the well. If it is necessary to remove the borehole shutter from the landing nipple 16 of the packer, the borehole shutter sub 13 is caught by the radial holes 14 and the borehole shutter, using, for example, a cable technique, moves upward at the wellhead (an extraction tool is not shown in the drawing).

Это дает возможность повысить надежность работы и предотвратить открытое фонтанирование скважины, а также сократить расходы на ремонт скважины.This makes it possible to increase the reliability of operation and prevent open flowing of the well, as well as reduce the cost of repairing the well.

Claims

A borehole valve comprising a housing bounded by a nipple and a seat, a bellows filled with compressed gas through the nipple, a shut-off valve mounted on a rod passing through the seat with the possibility of limited reciprocating axial movement, which form a channel blocked by the valve, a step sleeve is installed on the body with a diameter smaller than the diameter of the wellbore, forming an annular cavity communicating with the space of the well above the shutter, while in the walls of the body CAs and bushings are made of radial windows for communication between the housing cavity and the annular cavity, the sleeve being made with a tip installed in the packer’s landing nipple, and an adapter with radial holes for the lifting tool is made above the housing nipple, characterized in that the housing is fixed in a stepped sleeve, moreover, in such a way that the radial windows of each of them are located in front of each other, while the stem of the drive of the shut-off valve in motion is connected directly to the end face of the bellows azmeschen in the chamber formed by housing cavity between the nipple and the seat, communicating with subvalvular space through a channel between the stem and the valve seat on the one hand and the annular cavity through aligned radial holes housing and the sleeve with the other hand.