RU2508489C1

RU2508489C1 - Valve to remove gas from borehole pump

Info

Publication number: RU2508489C1
Application number: RU2012145623/06A
Authority: RU
Inventors: Михаил Николаевич Антипин; Дмитрий Николаевич Лебедев; Игорь Павлович Меретяков; Сергей Николаевич Пещеренко; Ринат Равильевич Талдытов
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь"
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2014-02-27
Also published as: WO2014065712A1

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: valve comprises body 1, shutoff ball 10 fixed inside said body 1, hollow rod 8 with seat 11 in top section and radial through channels under sear 11, ball up motion limiter, spring-loaded moving hollow piston 2 arranged at outer generatrix of hollow rod 8 to open and close radial channels 12, 13 of hollow rod 8. Hollow rod 8 is secured by bushing 6 furnished with axial bores 7. Ball up motion limiter is composed by cover 9 with beads while hollow piston 2 has radial channel made at its bottom.

EFFECT: easier start of borehole pump, lower servicing and repair costs, possibility to seal oil-well tubing.

3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к погружному оборудованию для добычи нефти с высоким содержанием газа.The invention relates to the oil industry, in particular to submersible equipment for the extraction of oil with a high gas content.

Известен обратный клапан, содержащий корпус с присоединительными резьбами, муфту для регулировки поджатия пружины, защитное уплотнение с пробкой, шарик в качестве запорного элемента, подвижный ступенчатый стакан, имеющий возможность осевого перемещения в направляющих и центрирующих отверстиях муфты и пробки, снабженный сквозными радиальными отверстиями и осевым ступенчатым отверстием, в месте сопряжения разных диаметров которого выполнено седло для шарика, перемещающегося внутри отверстия большего диаметра (Патент РФ №2391592, E21B 34/00, 2008). Клапан предназначен для удержания жидкости в НКТ при выключении погружного насоса, а также обеспечивает возможность принудительного удаления газа из насоса после срыва подачи по газу путем закачки жидкости с поверхности.Known check valve comprising a housing with connecting threads, a sleeve for adjusting the spring preload, a protective seal with a stopper, a ball as a locking element, a movable stepped cup having the possibility of axial movement in the guide and centering holes of the coupling and tube, equipped with through radial holes and axial a stepped hole, in the place of mating of different diameters of which a seat is made for a ball moving inside a hole of a larger diameter (RF Patent No. 2391592, E21B 34/00, 20 08). The valve is designed to retain fluid in the tubing when the submersible pump is turned off, and also provides the ability to force removal of gas from the pump after a gas supply failure by pumping liquid from the surface.

Недостатками данного клапана является отсутствие возможности автоматического удаления газа из насоса и проведения опрессовки НКТ.The disadvantages of this valve is the lack of the ability to automatically remove gas from the pump and crimping the tubing.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является клапан для удаления газа из погружного насоса, содержащий корпус с присоединительными резьбами, состоящий из верхней, средней и нижней частей, шар в качестве запорного элемента, пружину, неподвижный полый шток с седлом в верхней части и сквозными радиальными каналами под седлом, ограничитель движения шара вверх, расположенный в верхней части корпуса и выполненный в виде цанги, подпружиненный подвижный полый поршень с буртом, расположенный на внешней образующей полого штока с возможностью перекрытия и открытия радиальных каналов, упор для движения поршня вверх (Патент РФ №104618, E21B 34/06, 2011).Closest to the technical nature of the claimed is a valve for removing gas from a submersible pump, comprising a housing with connecting threads, consisting of upper, middle and lower parts, a ball as a locking element, a spring, a fixed hollow stem with a saddle in the upper part and through radial channels under the saddle, the ball upward limiter located in the upper part of the body and made in the form of a collet, a spring-loaded movable hollow piston with a shoulder located on the outer generatrix of the hollow rod with the possibility of overlapping and opening of radial channels, an emphasis for the piston to move upward (RF Patent No. 104618, E21B 34/06, 2011).

Недостатком этой конструкции является сложность удаления газа из насоса при срыве подачи по газу и ограниченные функциональные возможности, в частности отсутствие возможности выполнить опрессовку НКТ.The disadvantage of this design is the difficulty of removing gas from the pump when the gas supply is cut off and limited functionality, in particular the inability to perform pressure testing of the tubing.

Предлагаемое изобретение решает задачу автоматического удаления нерастворенного газа из насоса после срыва подачи по газу, а также позволяет осуществлять опрессовку НКТ.The present invention solves the problem of automatic removal of undissolved gas from the pump after the gas supply is cut off, and also allows for the testing of tubing.

Указанная задача решается тем, что в клапане для удаления газа из погружного насоса, содержащем корпус, запорный элемент в виде шара, полый шток с седлом и сквозными радиальными каналами в верхней части, который неподвижно закреплен в корпусе с помощью резьбы, ограничитель движения шара вверх, подпружиненный полый поршень, перемещающийся на полом штоке с возможностью закрытия и открытия радиальных каналов, согласно изобретению полый шток закреплен с помощью муфты, снабженной осевыми отверстиями, в качестве ограничителя движения шара использована крышка с буртами, а полый поршень выполнен с радиальными отверстиями в нижней части.This problem is solved by the fact that in the valve for removing gas from a submersible pump containing a housing, a locking element in the form of a ball, a hollow stem with a seat and through radial channels in the upper part, which is fixedly mounted in the housing with a thread, the ball moves upward, a spring-loaded hollow piston moving on a hollow rod with the possibility of closing and opening radial channels, according to the invention, the hollow rod is fixed using a coupling provided with axial holes as a ball restraint A cap with collars was used, and the hollow piston was made with radial holes in the lower part.

Подвижный полый поршень может быть подпружинен пружиной, установленной вокруг полого штока между торцами буртов и подвижного поршня. В некоторых вариантах исполнения подвижный полый поршень подпружинен верхней и нижней пружинами, причем верхняя пружина установлена в свободном состоянии, а нижняя - в сжатом.The movable hollow piston may be spring loaded with a spring mounted around the hollow rod between the ends of the shoulders and the movable piston. In some embodiments, the movable hollow piston is spring loaded with upper and lower springs, with the upper spring installed in the free state and the lower spring in the compressed state.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично представлен заявляемый клапан в статическом положении, на фиг.2 - клапан при работающем насосе; на фиг.3 - вид клапана при остановке насоса после срыва подачи по газу; на фиг.4 - вид клапана при опрессовке НКТ.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 schematically shows the inventive valve in a static position, figure 2 - valve when the pump is running; figure 3 is a view of the valve when the pump stops after a gas supply failure; figure 4 is a view of the valve during pressure testing of the tubing.

Клапан состоит из корпуса 1, подвижного в осевом направлении полого поршня 2 с радиальными отверстиями 3, выполненными в нижней части (фиг.1). Снизу поршень 2 поддерживается пружиной 4, сверху подпружинен пружиной 5. Возможно применение клапана, оснащенного как одной пружиной 4 или 5, так и двумя вместе. В нижней части корпуса 1 установлена муфта 6, встроенная с помощью наружной резьбы, что обеспечивает возможность регулирования ее перемещения в осевом направлении. Под подвижным поршнем 2 и подклапанным пространством в муфте 6 выполнены осевые отверстия 7, служащие для выравнивания давления. Поршень 2 расположен на внешней образующей неподвижного полого штока 8, представляющего собой цилиндр с наружной резьбой на концах для соединения с муфтой 6 и навинчивания крышки 9. Внутри полого штока 8 для посадки запирающего элемента 10, выполненного в виде шара, сформировано седло 11, ниже и выше которого выполнены радиальные каналы 12 и 13 соответственно. Поршень 2 имеет возможность перемещаться вдоль полого штока 8 с перекрытием радиальных каналов 12. Крышка 9 служит ограничителем движения шара 10 вверх. Пружина 5 расположена вокруг полого штока 8 на уровне радиальных каналов 12 между торцами буртов крышки 9 и подвижного поршня 2.The valve consists of a housing 1, movable in the axial direction of the hollow piston 2 with radial holes 3 made in the lower part (figure 1). From below, the piston 2 is supported by a spring 4, from above it is spring-loaded by a spring 5. It is possible to use a valve equipped with either one spring 4 or 5, or two together. A clutch 6 is installed in the lower part of the housing 1, which is integrated with an external thread, which makes it possible to regulate its movement in the axial direction. Under the movable piston 2 and the subvalvular space in the coupling 6, axial holes 7 are made, which serve to equalize the pressure. The piston 2 is located on the outer generatrix of the stationary hollow rod 8, which is a cylinder with an external thread at the ends for connection with the sleeve 6 and screwing on the cover 9. Inside the hollow rod 8 for seating the locking element 10, made in the form of a ball, a saddle 11 is formed, below and above which the radial channels 12 and 13 are made, respectively. The piston 2 has the ability to move along the hollow rod 8 with the overlap of the radial channels 12. The cover 9 serves as a limiter for the movement of the ball 10 up. The spring 5 is located around the hollow rod 8 at the level of the radial channels 12 between the ends of the shoulders of the cover 9 and the movable piston 2.

Клапан работает следующим образом.The valve operates as follows.

При включении насоса (не показан) перекачиваемая жидкость, содержащая растворенный газ, поступает из ЭЦН в полый шток 8, поднимает запирающий элемент 10 до упора в крышку 9 и через радиальные каналы 13 попадает в НКТ, откуда выводится на поверхность (фиг.2). При этом напор, создаваемый насосом, действует через осевые каналы 7 на подвижный поршень 2 и удерживает его в положении, обеспечивающем перекрытие радиальных каналов 12 в полом штоке 8. Пружина 4 в это время находится в свободном состоянии, а пружина 5 - в сжатом состоянии.When you turn on the pump (not shown), the pumped liquid containing dissolved gas flows from the ESP into the hollow stem 8, lifts the locking element 10 all the way into the cover 9 and through the radial channels 13 enters the tubing, from where it is discharged to the surface (Fig. 2). In this case, the pressure created by the pump acts through the axial channels 7 on the movable piston 2 and holds it in a position that ensures that the radial channels 12 overlap in the hollow stem 8. At this time, the spring 4 is in a free state and the spring 5 is in a compressed state.

Если произошел залповый выброс газа в насос, то ЭЦН отключается по срыву подачи по газу (см. фиг.3). Запирающий элемент 10 под действием гидростатического давления столба жидкости в колонне НКТ опускается в седло 11 и перекрывает отверстие внутри полого штока 8. Гидростатическое давление столба жидкости одновременно действует на подвижный поршень 2, пружина 5 переходит в свободное состояние, а пружина 4 сжимается и поршень 2 перемещается вниз, при этом происходит гидравлическое совмещение отверстий 3 в поршне 2 и каналов 12 в полом штоке 8. Скопившийся под клапаном газ выходит в НКТ через канал, образованный радиальными отверстиями 3 и каналами 12, а насос через входной модуль заполняется жидкостью, поступающей из пласта, что делает возможным его перезапуск.If there was a volley release of gas into the pump, then the ESP is turned off by disruption of the gas supply (see figure 3). The locking element 10 under the influence of hydrostatic pressure of the liquid column in the tubing string is lowered into the seat 11 and closes the hole inside the hollow rod 8. The hydrostatic pressure of the liquid column simultaneously acts on the movable piston 2, the spring 5 goes into free state, and the spring 4 is compressed and the piston 2 moves downward, this results in hydraulic alignment of the holes 3 in the piston 2 and the channels 12 in the hollow rod 8. The gas accumulated under the valve exits into the tubing through the channel formed by the radial holes 3 and the channels and 12, and the pump through the inlet module is filled with fluid coming from the reservoir, which makes it possible to restart it.

При проведении опрессовки колонны НКТ (см. фиг.4) создается избыточное давление в устье скважины. Запирающий элемент 10 перемещается в седло 11 и перекрывает течение жидкости через полый шток 8. Подвижный поршень 2 перемещается в нижнее положение, тем самым перекрывает отверстия 3 и каналы 12 в полом штоке 8, что обеспечивает герметичность устройства и сохранение давления при опрессовке НКТ, при этом пружина 5 находится в свободном состоянии, а пружина 4 максимально сжата.When conducting pressure testing of the tubing string (see figure 4) creates excessive pressure at the wellhead. The locking element 10 moves into the seat 11 and blocks the fluid flow through the hollow rod 8. The movable piston 2 moves to the lower position, thereby blocking the holes 3 and channels 12 in the hollow rod 8, which ensures the tightness of the device and the preservation of pressure when crimping the tubing, spring 5 is in a free state, and spring 4 is compressed as much as possible.

Таким образом, предложенная конструкция клапана для удаления газа облегчает запуск погружного насоса после аварийной остановки, что сокращает ежегодные затраты на обслуживание и ремонт и позволяет проводить опрессовку НКТ.Thus, the proposed design of a valve for gas removal facilitates starting the submersible pump after an emergency stop, which reduces the annual cost of maintenance and repair and allows for pressure testing of the tubing.

Claims

1. Valve for removing gas from a submersible pump, comprising a housing, a shut-off element in the form of a ball, a hollow rod with a saddle in the upper part and through radial channels under the saddle fixedly mounted inside the housing, an upward motion limiter for the ball, a spring-loaded movable hollow piston located on the outside forming a hollow rod with the ability to overlap and open the radial channels of the hollow rod, characterized in that the hollow rod is fixed with a sleeve provided with axial holes, as a ball limiter used with collar cap, and the hollow piston is formed with radial holes in the lower part.

2. The valve according to claim 1, characterized in that the movable hollow piston is spring-loaded with a spring in a free state and installed around the hollow rod between the ends of the shoulders and the movable piston.

3. The valve according to claim 1, characterized in that the movable hollow piston is spring-loaded with upper and lower springs, the upper spring being installed in the free state and the lower one in the compressed state.