RU2587654C1 - Downhole valve unit - Google Patents
Downhole valve unit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2587654C1 RU2587654C1 RU2015115237/03A RU2015115237A RU2587654C1 RU 2587654 C1 RU2587654 C1 RU 2587654C1 RU 2015115237/03 A RU2015115237/03 A RU 2015115237/03A RU 2015115237 A RU2015115237 A RU 2015115237A RU 2587654 C1 RU2587654 C1 RU 2587654C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- housing
- spool
- shank
- stage
- possibility
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B34/00—Valve arrangements for boreholes or wells
- E21B34/06—Valve arrangements for boreholes or wells in wells
- E21B34/08—Valve arrangements for boreholes or wells in wells responsive to flow or pressure of the fluid obtained
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/12—Methods or apparatus for controlling the flow of the obtained fluid to or in wells
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D15/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
- F04D15/02—Stopping of pumps, or operating valves, on occurrence of unwanted conditions
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K15/00—Check valves
- F16K15/02—Check valves with guided rigid valve members
- F16K15/04—Check valves with guided rigid valve members shaped as balls
Abstract
Description
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к оборудованию скважин, оснащенных электропогружными насосами, и может быть использовано с целью повышения надежности, эффективности проведения технологических операций.The invention relates to the oil and gas industry, in particular to the equipment of wells equipped with electric submersible pumps, and can be used to improve the reliability and efficiency of technological operations.
Известно устройство - клапанный узел нагнетательного трубопровода скважинного насоса (см. описание изобретения к авторскому свидетельству №1435836, F04D 15/02 от 13.01.1987). Устройство содержит корпус с кольцевым выступом на внутренней поверхности, ниже которого в корпусе выполнены сливные каналы. Устройство содержит также подвижный в осевом направлении золотник, имеющий в верхней части хвостовик меньшего диаметра, причем золотник снабжен сквозным осевым каналом, в котором помещен обратный клапан, и установлен в корпусе с образованием кольцевой пусковой камеры. Пусковая камера сообщена с осевым каналом золотника посредством отверстий в нижней части хвостовика, а в верхней части последнего выполнены сливные окна, расположенные с возможностью сообщения со сливными каналами корпуса при крайнем нижнем положении золотника. В пусковой камере на хвостовике установлен аксиально-подвижный двухступенчатый поршень, при этом наружная поверхность нижней ступени большего диаметра уплотнена относительно внутренней поверхности корпуса, а верхняя ступень установлена с возможностью перекрытия сливных каналов корпуса при крайнем верхнем положении поршня.A device is known - a valve assembly of the injection pipeline of a borehole pump (see the description of the invention to copyright certificate No. 1435836, F04D 15/02 of 01/13/1987). The device comprises a housing with an annular protrusion on the inner surface, below which drain channels are made in the housing. The device also contains an axially movable spool having a shank of a smaller diameter in the upper part, the spool having a through axial channel in which the check valve is placed and installed in the housing to form an annular launch chamber. The launch chamber is in communication with the axial channel of the valve by means of holes in the lower part of the shank, and in the upper part of the latter there are drain windows arranged to communicate with the drain channels of the housing at the lowermost position of the valve. An axial-movable two-stage piston is installed on the shank in the launch chamber, while the outer surface of the lower stage of a larger diameter is sealed relative to the inner surface of the housing, and the upper stage is installed with the possibility of overlapping drain channels of the housing at the extreme upper position of the piston.
Недостатком данного устройства является то, что для проведения технологических операций необходимо создать повышение давления в затрубном пространстве и заполнение его жидкостью, а это может быть проблематично у скважин с низким пластовым давлением. Кроме того, при пуске насоса золотник может опережать поршень, а это может привести к невозможности перевода поршня в крайнее верхнее положение и подачи жидкости на поверхность.The disadvantage of this device is that for technological operations it is necessary to create an increase in pressure in the annulus and fill it with liquid, and this can be problematic for wells with low reservoir pressure. In addition, when starting the pump, the spool can be ahead of the piston, and this can lead to the inability to move the piston to its highest position and supply fluid to the surface.
Наиболее близко к достигаемому результату и по совокупности признаков является скважинное клапанное устройство (см. описание изобретения к патенту 2455459, МПК E21B 34/08 от 11.01.2011), содержащее корпус с кольцевым выступом на внутренней поверхности, ниже которого в корпусе выполнены сливные каналы, подвижный в осевом направлении золотник, имеющий верхний и нижний хвостовики меньшего диаметра, в верхней части верхнего хвостовика установлен предохранительный клапан и ограничительный бурт, также выполнены сливные окна, а нижний хвостовик золотника уплотнен относительно корпуса. Золотник снабжен сквозным осевым каналом, в котором размещен обратный клапан. Золотник установлен в корпусе с образованием кольцевой пусковой камеры, в которой на верхнем хвостовике размещен аксиально-подвижный двухступенчатый поршень, на верхней ступени которого установлен полый цилиндр, в стенках которого размещены цанги и сливные окна. Полый цилиндр жестко соединен и совмещен наружной стороной с верхней ступенью аксиально-подвижного двухступенчатого поршня, а на внутренней стороне верхняя ступень аксиально-подвижного двухступенчатого поршня образует кольцевой посадочный выступ, выполненный с возможностью герметичной посадки ограничительного бурта верхнего хвостовика золотника. Кроме того, кольцевая пусковая камера сообщена с осевым каналом золотника посредством отверстий в нижней части верхнего хвостовика. Также наружная поверхность нижней ступени большего диаметра аксиально-подвижного двухступенчатого поршня выполнена с возможностью уплотнения относительно внутренней поверхности корпуса. Верхняя ступень выполнена с возможностью перекрытия сливных каналов корпуса и с возможностью уплотнения относительно кольцевого выступа корпуса при крайнем верхнем положении поршня, кроме того, цанги установлены с возможностью взаимодействия с кольцевым выступом корпуса и с ограничительным буртом. Причем площадь, ограниченная уплотненными сторонами ступеней аксиально-подвижного двухступенчатого поршня, выполнена с возможностью превышения площади, ограниченной наружным диаметром нижнего хвостовика золотника.The closest to the achieved result and the combination of features is a downhole valve device (see patent specification 2455459, IPC E21B 34/08 of January 11, 2011), comprising a housing with an annular protrusion on the inner surface, below which drain channels are made in the housing, axially movable spool having upper and lower shanks of smaller diameter, a safety valve and restriction collar are installed in the upper part of the upper shank, drain windows are also made, and the lower shank of the spool sealed relative to the housing. The spool is provided with a through axial channel in which the check valve is located. The spool is installed in the housing with the formation of an annular launch chamber, in which an axially-movable two-stage piston is placed on the upper shank, a hollow cylinder is installed on the upper stage, in the walls of which collets and drain windows are placed. The hollow cylinder is rigidly connected and aligned with the outer side with the upper stage of the axial-movable two-stage piston, and on the inner side the upper stage of the axial-movable two-stage piston forms an annular landing protrusion made with the possibility of tight fit of the restrictive shoulder of the upper spool shank. In addition, the annular launch chamber is in communication with the axial channel of the valve by means of holes in the lower part of the upper shank. Also, the outer surface of the lower stage of the larger diameter of the axially movable two-stage piston is sealed with respect to the inner surface of the housing. The upper stage is made with the possibility of overlapping the drain channels of the housing and with the possibility of sealing relative to the annular protrusion of the housing at the extreme upper position of the piston, in addition, collets are installed with the possibility of interaction with the annular protrusion of the housing and with a restrictive collar. Moreover, the area limited by the sealed sides of the steps of the axially movable two-stage piston is made with the possibility of exceeding the area limited by the outer diameter of the lower shank of the spool.
Недостатком данного устройства является то, что при создании импульса давления в насосно-компрессорных трубах (НКТ) для организации сообщения внутренней полости НКТ с затрубном пространством через устройство и сливные каналы в корпусе могут открываться только частично, не полностью. Так как перемещению поршня и золотника будет препятствовать сила, возникающая от повышения давления в пусковой камере и в осевом канале золотника, поэтому степень открытия сливных каналов корпуса зависит от упругости жидкости, заключенной в пусковой камере и осевом канале золотника, изолированной данном положении устройства. Частично, не полностью открытие сливных каналов создает условие по созданию дополнительных потерь давления и снижению эффективности при проведении промывки через устройство.The disadvantage of this device is that when you create a pressure pulse in the tubing to organize the communication of the internal cavity of the tubing with the annulus through the device and drain channels in the housing can only partially open, not fully. Since the movement of the piston and the spool will be hindered by the force arising from the increase in pressure in the start-up chamber and in the axial channel of the spool, therefore, the degree of opening of the drain channels of the housing depends on the elasticity of the fluid enclosed in the start-up chamber and the axial channel of the spool, isolated by this position of the device. In part, the incomplete opening of the drain channels creates a condition for creating additional pressure losses and reducing efficiency when flushing through the device.
Заявленным изобретением решается задача полного и практически мгновенного открытия устройством сообщения полости НКТ и затрубного пространства созданием импульса давления в насосно-компрессорных трубах (НКТ) для проведения более эффективных технологических операций и повышения надежности работы устройства.The claimed invention solves the problem of a complete and almost instantaneous opening by the communication device of the tubing cavity and annulus by creating a pressure pulse in the tubing to conduct more efficient technological operations and increase the reliability of the device.
Поставленная задача решена тем, что в устройстве, содержащем корпус с кольцевым выступом на внутренней поверхности, ниже которого в корпусе выполнены сливные каналы, подвижный в осевом направлении золотник, имеющий верхний и нижний хвостовики меньшего диаметра. В верхней части верхнего хвостовика выполнены сливные окна и установлен ограничительный бурт, а нижний хвостовик золотника уплотнен относительно корпуса. Кроме того, золотник снабжен сквозным осевым каналом, в котором размещен обратный клапан и установлен в корпусе с образованием кольцевой пусковой камеры, в которой на верхнем хвостовике размещен аксиально-подвижный двухступенчатый поршень, на верхней ступени которого установлен полый цилиндр, в стенках которого размещены цанги и сливные окна. Причем полый цилиндр жестко соединен и совмещен наружной стороной с верхней ступенью аксиально-подвижного двухступенчатого поршня, а на внутренней стороне верхняя ступень аксиально-подвижного двухступенчатого поршня образует кольцевой посадочный выступ, выполненный с возможностью герметичной посадки ограничительного бурта верхнего хвостовика золотника. Кроме того, кольцевая пусковая камера сообщена с осевым каналом золотника посредством отверстий в нижней части верхнего хвостовика, при этом наружная поверхность нижней ступени большего диаметра аксиально-подвижного двухступенчатого поршня выполнена с возможностью уплотнения относительно внутренней поверхности корпуса. А верхняя ступень выполнена с возможностью перекрытия сливных каналов корпуса и с возможностью уплотнения относительно кольцевого выступа корпуса при крайнем верхнем положении поршня. Кроме того, цанги установлены с возможностью взаимодействия с кольцевым выступом корпуса и с ограничительным буртом, причем площадь, ограниченная уплотненными сторонами ступеней аксиально-подвижного двухступенчатого поршня, выполнена с возможностью превышения площади, ограниченной наружным диаметром нижнего хвостовика золотника.The problem is solved in that in a device containing a housing with an annular protrusion on the inner surface, below which drain channels are made in the housing, an axially movable spool having upper and lower shanks of a smaller diameter. Drain windows are made in the upper part of the upper shank and a restrictive collar is installed, and the lower spool shank is sealed relative to the housing. In addition, the spool is provided with a through axial channel in which the check valve is placed and installed in the housing with the formation of an annular launch chamber, in which an axially-movable two-stage piston is placed on the upper shank, on the upper stage of which there is a hollow cylinder with collets and drain windows. Moreover, the hollow cylinder is rigidly connected and aligned with the outer side with the upper stage of the axial-movable two-stage piston, and on the inner side the upper stage of the axial-movable two-stage piston forms an annular landing protrusion made with the possibility of tight fit of the restrictive shoulder of the upper spool shaft. In addition, the annular launch chamber is in communication with the axial channel of the spool by means of holes in the lower part of the upper shank, while the outer surface of the lower stage of the larger diameter of the axially movable two-stage piston is sealed with respect to the inner surface of the housing. And the upper stage is made with the possibility of overlapping the drain channels of the housing and with the possibility of sealing relative to the annular protrusion of the housing at the extreme upper position of the piston. In addition, the collets are installed with the possibility of interaction with the annular protrusion of the housing and with a restrictive shoulder, and the area limited by the sealed sides of the steps of the axial-movable two-stage piston is made with the possibility of exceeding the area limited by the outer diameter of the lower shaft of the spool.
Согласно заявленному изобретению на нижнем хвостовике золотника размещен клапан сброса давления с подпружиненным запорным органом и выполненный с возможностью сброса давления из пусковой камеры и осевого канала золотника. А на корпусе установлена регулировочная втулка, причем регулировочная втулка установлена с возможностью взаимодействия с запорным органом клапана сброса давления при создании импульса давления для открытия сообщения внутренней полости НКТ с затрубном пространством.According to the claimed invention, a pressure relief valve with a spring-loaded shut-off element and configured to relieve pressure from the starting chamber and the axial channel of the valve is placed on the lower shank of the spool. And on the case, an adjusting sleeve is installed, and the adjusting sleeve is installed with the possibility of interaction with the shut-off element of the pressure relief valve when creating a pressure pulse to open the message of the tubing internal cavity to the annulus.
При создании импульса давления размещенный на нижнем хвостовике золотника клапан сброса давления с подпружиненным запорным органом, выполненный с возможностью сброса давления из пусковой камеры, а также установленная на корпусе регулировочная втулка, выполненная с возможностью взаимодействия с запорным органом клапаном сброса давления, позволяют практически мгновенно проводить полное открытие сливных каналов корпуса. То есть надежно обеспечивают условия открытия устройства для организации сообщения внутренней полости НКТ с затрубном пространством, что в свою очередь дает возможность проводить более эффективно технологические операции на скважине.When creating a pressure impulse, a pressure-relief valve located on the lower shank of the spool with a spring-loaded shut-off element, configured to relieve pressure from the starting chamber, as well as an adjustment sleeve mounted on the housing that is capable of interacting with the shut-off valve by the pressure-relief valve, allow almost instantly complete opening the drain channels of the housing. That is, they reliably provide the opening conditions of the device for organizing the communication of the inner tubing cavity with the annulus, which in turn makes it possible to conduct more efficient technological operations in the well.
На иллюстрирующих заявляемое решение чертежах схематично представлено:The drawings illustrating the claimed solution are schematically represented:
на Фиг. 1 предлагаемое устройство изображено в разрезе при работающем электроцентробежном насосе;in FIG. 1, the proposed device is shown in section when the electric centrifugal pump is running;
на Фиг. 2 - то же, при остановленном насосе и удержании жидкости в нагнетательном трубопроводе;in FIG. 2 - the same, when the pump is stopped and the fluid is held in the discharge pipe;
на Фиг. 3 - то же, при открытом сообщении внутренней полости НКТ и затрубного пространства для проведения технологических операций.in FIG. 3 - the same, with the open communication of the internal cavity of the tubing and the annulus for carrying out technological operations.
Скважинное клапанное устройство содержит корпус 1 с кольцевым выступом 2 на внутренней поверхности, ниже которого в корпусе 1 выполнены сливные каналы 3, подвижный в осевом направлении золотник 4, имеющий верхний 5 и нижний 6 хвостовики меньшего диаметра. В верхней части верхнего хвостовика 5 выполнены сливные окна 7 и установлен ограничительный бурт 8. А нижний хвостовик 6 золотника 4 уплотнен относительно корпуса 1 уплотнением 9. Кроме того, золотник 4 снабжен сквозным осевым каналом 10, в котором размещен обратный клапан 11, золотник 4 установлен в корпусе 1 с образованием кольцевой пусковой камеры 12. В которой на верхнем хвостовике 5 размещен аксиально-подвижный двухступенчатый поршень 13, на верхней ступени 14 которого установлен полый цилиндр 15, в стенках которого размещены цанги 16 и сливные окна 17, причем полый цилиндр 15 жестко соединен и совмещен наружной стороной с верхней ступенью 14 аксиально-подвижного двухступенчатого поршня 13, а на внутренней стороне верхняя ступень 14 аксиально-подвижного двухступенчатого поршня 13 образует кольцевой посадочный выступ 18, выполненный с возможностью герметичной посадки ограничительного бурта 8 верхнего хвостовика 5 золотника 4. Кроме того, кольцевая пусковая камера 12 сообщена с осевым каналом 10 золотника 4 посредством отверстий 19 в нижней части верхнего хвостовика 5. Наружная поверхность нижней ступени 20 большего диаметра аксиально-подвижного двухступенчатого поршня 13 выполнена с возможностью уплотнения относительно внутренней поверхности корпуса 1 уплотнением 21. А верхняя ступень 14 выполнена с возможностью перекрытия сливных каналов 3 корпуса 1 и возможностью уплотнения относительно кольцевого выступа 2 корпуса 1 при крайнем верхнем положении аксиально-подвижного двухступенчатого поршня 13. Кроме того, цанги 16 установлены с возможностью взаимодействия с кольцевым выступом 2 корпуса 1 и с ограничительным буртом 8, причем площадь, ограниченная уплотненными сторонами ступеней 14 и 20 аксиально-подвижного двухступенчатого поршня 13, выполнена с возможностью превышения площади, ограниченной наружным диаметром нижнего хвостовика 6 золотника 4. На нижнем хвостовике 6 золотника 4 размещен клапан сброса давления 22 с подпружиненным запорным органом 23 и выполненный с возможностью сброса давления из пусковой камеры 12 и осевого канала 10 золотника 4, а на корпусе 1 установлена регулировочная втулка 24, причем регулировочная втулка 24 установлена с возможностью взаимодействия с рабочим органом 23 клапана сброса давления 22 при создании импульса давления для открытия сообщения внутренней полости НКТ с затрубным пространством.The downhole valve device comprises a housing 1 with an annular protrusion 2 on the inner surface, below which drain channels 3 are made in the housing 1, an axially movable spool 4 having upper 5 and lower 6 shanks of smaller diameter. In the upper part of the upper shank 5, drain windows 7 are made and a restrictive collar 8 is installed. And the lower shank 6 of the spool 4 is sealed relative to the housing 1 by a seal 9. In addition, the spool 4 is provided with a through axial channel 10 in which the
Скважинное клапанное устройство работает следующим образом. При работающем электроцентробежном насосе золотник 4, шар 25 обратного клапана 11 и также аксиально-подвижный двухступенчатый поршень 13 и соответственно полый цилиндр 15 переводятся потоком жидкости (Фиг. 1) в крайнее верхнее положение. Жидкость от электроцентробежного насоса поступает через регулировочную втулку 24 в осевой канал 10 и сливные окна 7 верхнего хвостовика 5 золотника 4 и сливные окна 17 (показано одно окно) полого цилиндра 15. Далее жидкость через полость между стенками полого цилиндра 15 и корпусом 1 поступает во внутреннюю полость НКТ, меняя направление, что способствует отделению шлама от жидкости, и далее на устье скважины. В этом положении цанги 16 (показана одна цанга) отжаты ограничительным буртом 8 и надежно фиксируют аксиально-подвижный двухступенчатый поршень 13 в корпусе 1. Уплотнение 21 нижней ступени 20 относительно корпуса 1 и уплотнение верхней ступени 14 относительно кольцевого выступа 2 аксиально-подвижного двухступенчатого поршня 13 надежно перекрывают и предотвращают утечки жидкости через сливные каналы 3 корпуса 1. В полости 26, образованной верхней частью полого цилиндра 15 и верхней частью верхнего хвостовика 5 золотника 4, может собираться шлам, который может поступать с добываемой жидкостью, отделяясь от нее, а также со стенок НКТ, например, результате коррозионного износа. В этом положении рабочий орган 23 клапана сброса давления 22 удерживается пружиной 27 в закрытом состоянии.Downhole valve device operates as follows. When the electric centrifugal pump is operating, the spool 4, the ball 25 of the
При остановке насоса шар 25 перестает удерживаться потоком жидкости в верхнем положении и под действием собственного веса занимает крайнее нижнее положение, таким образом обратный клапан 11 закрывается. Давление под нижним торцом нижнего хвостовика 6 золотника 4 снижается в полости 28 и достигает затрубного давления. И под действием перепада давлений в НКТ и полости 28 золотник 4 перемещается до герметичной посадки ограничительным буртом 8 золотника 4 на кольцевой посадочный выступ 18 верхней ступени 14 аксиально-подвижного двухступенчатого поршня 13 (фиг. 2). Так как площадь, ограниченная уплотненными сторонами ступеней 14 и 20 аксиально-подвижного двухступенчатого поршня 13 выполнена с возможностью превышения площади сечения нижнего хвостовика 6 золотника 4, то усилие по перемещению золотника 4 вниз будет меньше усилия по удержанию аксиально-подвижного двухступенчатого поршня 13 в верхнем положении. Поэтому аксиально-подвижный двухступенчатый поршень 13 будет надежно перекрывать сливные каналы 3 корпуса 1 и удерживать жидкость в полости НКТ. Таким образом, в этом положении устройство выполняет функции обратного клапана. Кроме того, в этом положении при посадке ограничительного бурта 8 на кольцевой посадочный выступ 18 создается герметичная полость 29 представленная полостью кольцевой пусковой камеры 12 и полостью осевого канала 10 золотника 4. Снизу герметичность полости 29 обеспечивается обратным клапаном 11, клапаном сброса давления 22 и уплотнением 9, а сверху уплотнением 21 и герметичной посадкой ограничительного бурта 8 на кольцевой посадочный выступ 18.When the pump stops, the ball 25 ceases to be held by the fluid flow in the upper position and, under the action of its own weight, occupies the extreme lower position, thus the
При спуске устройства в скважину она обычно заполнена дегазированной жидкостью глушения. Небольшая сжимаемость дегазированной жидкости в полости 29 при проведении повышения давления во внутренней полости НКТ для их опрессовки может вызвать недостаточное перемещение золотника 4 и аксиально-подвижного двухступенчатого поршня 13 для сообщения внутренней полости НКТ с затрубным пространством через устройство, так как данное перемещение золотника 4 и аксиально-подвижного двухступенчатого поршня 13 не позволяет достичь возможности взаимодействия торца рабочего органа 23 клапана сброса давления 22 с регулировочной втулкой 24 и соответственно открытия сливных каналов 3 корпуса 1. Таким образом, в этом случае устройство может выполнять функции опрессовочного клапана.When a device is lowered into a well, it is usually filled with a degassed kill fluid. The small compressibility of the degassed fluid in the
При создании импульса давления в НКТ, когда последние заполнены газированной жидкостью, достаточного для превышения усилия удержания аксиально-подвижного двухступенчатого поршня 13 в верхнем положении, на первом этапе происходит перемещение аксиально-подвижного двухступенчатого поршня 13 и золотника 4 и соответственно сжатие газированной скважинной жидкости в полости 29. Сжатие газированной скважинной жидкости в полости 29 и перемещение золотника 4 и аксиально-подвижного двухступенчатого поршня 13 на расстояние Δh происходит в основном за счет упругости газа. При этом также возрастает давление в полости 29 на величину ΔP, в первом приближении считаем, что весь объем кольцевой пусковой камеры 12 занимает газ, а в остальной части полости 29 жидкость, тогда согласно закону Бойля-Мариотта можно составить уравнение:When creating a pressure pulse in the tubing, when the latter are filled with a carbonated fluid, sufficient to exceed the force of holding the axially movable two-stage piston 13 in the upper position, at the first stage, the axially-movable two-stage piston 13 and spool 4 are moved and, accordingly, the carbonated well fluid is compressed in the
где z - сжимаемость газа;where z is the compressibility of the gas;
P1 - давление в кольцевой пусковой камере 12, практически считается равным давлению над устройством и может быть замерено спуском глубинного манометра;P 1 - pressure in the annular launch chamber 12, is practically considered equal to the pressure above the device and can be measured by the descent of the depth gauge;
Fп - площадь кольцевой пусковой камеры 12;F p - the area of the annular launch chamber 12;
h - длина кольцевой пусковой камеры 12;h is the length of the annular launch chamber 12;
ΔP - планируемый импульс давления;ΔP is the planned pressure pulse;
Δh - длина перемещения золотника 4 и аксиально-подвижного двухступенчатого поршня 13 за счет сжатия газа кольцевой пусковой камере 12 при создании импульса давления.Δh is the travel length of the spool 4 and the axially movable two-stage piston 13 due to gas compression of the annular launch chamber 12 when creating a pressure pulse.
Из уравнения 1 определим длину Δh перемещения золотника 4 и аксиально-подвижного двухступенчатого поршня 13, кроме того, введем коэффициент K, учитывающий, что фактический объем газа будет больше или меньше объема кольцевой пусковой камеры 12:From equation 1, we determine the length Δh of movement of the spool 4 and the axially movable two-stage piston 13, in addition, we introduce the coefficient K, taking into account that the actual volume of gas will be more or less than the volume of the annular launch chamber 12:
Коэффициент K в формуле 2 при первом спуске устройства в скважины данного месторождения можно принять K=1, в дальнейшем его можно уточнить проведением пересчета по формуле 2 при известных ΔP и Δh.The K coefficient in formula 2 at the first descent of the device into the wells of a given field can be taken K = 1, in the future it can be clarified by recounting according to formula 2 with the known ΔP and Δh.
Перед спуском устройства в скважину в положении золотника 4 и аксиально-подвижного двухступенчатого поршня 13, представленных на Фиг. 2, для достижения планируемого давления ΔP регулировочную втулку 24 устанавливают относительно корпуса согласно расчету по формуле 2 на расстояние Δh от торца рабочего органа 23 клапана сброса давления 22, что позволяет надежно установить необходимый импульс давления для открытия сообщения внутренней полости НКТ и затрубного пространства через устройство.Before the device is lowered into the well in the position of the spool 4 and the axially movable two-stage piston 13 shown in FIG. 2, to achieve the planned pressure ΔP, the adjusting sleeve 24 is installed relative to the housing according to the calculation according to formula 2 at a distance Δh from the end face of the working body 23 of the pressure relief valve 22, which allows you to reliably establish the necessary pressure pulse to open the message of the internal tubing cavity and the annulus through the device.
Таким образом, на первом этапе создании импульса давления ΔP газ в кольцевой пусковой камере 12 сжимается золотник 4 и аксиально-подвижный двухступенчатый поршень 13 перемещаются на расстояние Δh, а на втором этапе торец рабочего органа 23 клапана сброса давления 22 взаимодействует с регулировочной втулкой 24 и газированная жидкость перетекает из полости 29 через клапан сброса давления 22 в полость 28. Следует отметить, что открытие клапана сброса 22 не требует больших усилий, так как диаметрально площадь его рабочего органа 23 максимально снижена. После открытия клапана сброса давления 22 давление в кольцевой пусковой камере 12 снижается до затрубного и соответственно уменьшаются сила, действующая на аксиально-подвижный двухступенчатый поршень 13 от давления в кольцевой пусковой камеры 12. В то же время усилие по перемещению аксиально-подвижного двухступенчатого поршня 13 и золотника 4 вниз практически остается постоянным и аксиально-подвижный двухступенчатый поршень 13 и золотник 4 уже под действием разности давлений продолжают движение вниз устройства до упора золотника 4 на выступ 30 в корпусе 1. В этом положении (Фиг. 3) сливные каналы 3 корпуса 1 становятся полностью открытыми для слива жидкости из НКТ, что способствует проведению более эффективных технологических операций, связанных выполнением прямых и обратных промывок скважины. Так для проведения технологической операции по удалению отложений с внутренней поверхности ЭЦН производят закачку реагента прямой промывкой через НКТ в затрубное пространство на прием насоса. Полное открытие каналов 3 корпуса 1 обеспечивает доставку реагента на прием насоса на большой скорости, уменьшая возможность потерь реагента по активной составляющей от реакции со скважинной жидкостью и НКТ, кроме того, сокращается время проведения технологической операции.Thus, at the first stage of creating a pressure pulse ΔP, the gas in the annular launch chamber 12 compresses the spool 4 and the axially movable two-stage piston 13 moves by a distance Δh, and at the second stage the end face of the working body 23 of the pressure relief valve 22 interacts with the adjusting sleeve 24 and the liquid flows from the
Следует также отметить, так как объем кольцевой пусковой камеры 12 небольшой, то истечение данного объема через клапан сброса давления 22 при повышенной разности давлений в полостях 29 и 28 произойдет практически мгновенно. Учитывая, что конструктивно сливные каналы 3 корпуса 1 выполнены с повышенным проходным сечением, а жидкость в НКТ выше динамического уровня имеет большую накопленную потенциальную энергию. Все это создает условие, что при полном и практически мгновенным открытием сливных каналов 3 корпуса 1, генерацию мощного волнового импульса, который может эффективно воздействовать на призабойную зону (ПЗ) скважины. Эффективность действия данного процесса была отмечена на скважине №7081 Приразломного месторождения в процессе испытания устройства. Дебит нефти скважины возрос с 15 т/сут до 16 т/сут, а обводненность уменьшилась с 13% до 6%. Таким образом, устройство может выполнять функции генератора импульсного воздействия на призабойную зону скважины и, учитывая, что конструктивно устройство не создавалось для этой цели, можно считать «неожиданным эффектом» по применению данного устройства. Кроме того, повышенный мгновенный расход, возникающий после полного открытия сливных каналов 3 корпуса 1, способствует более эффективному размыву накопленных отложений из полости 26 в затрубное пространство скважины. Тем самым обеспечивается более надежная работа устройства как самоочищающегося шламоловителя.It should also be noted, since the volume of the annular launch chamber 12 is small, the expiration of this volume through the pressure relief valve 22 with an increased pressure difference in the
При пуске электроцентробежного насоса из положения, показанного на (Фиг. 3), шар 25 обратного клапана 11, золотник 4 с верхним хвостовиком 5 и нижним хвостовиком 6, а также аксиально-подвижный двухступенчатый поршень 13 переместятся под давлением нагнетаемой насосом жидкости в крайнее верхнее положение. При этом золотник 4 не может опережать аксиально-подвижный двухступенчатый поршень 13 до момента перекрытия верхней ступенью 14 сливных каналов 3 корпуса 1, так как ограничительный бурт 8 упирается в цанги 16 и не может их разжать, так как они взаимодействуют с кольцевым выступом 2 корпуса 1. Таким образом, сливные окна 7 верхнего хвостовика 5 золотника 4 надежно перекрываются аксиально-подвижным двухступенчатым поршнем 13 до момента перекрытия сливных окон 3 корпуса 1. Это создает эффект запуска электроцентробежного насоса на «закрытую задвижку», что снижает пусковые токи электродвигателя. После перемещения аксиально-подвижного двухступенчатого поршня 13 в крайнее верхнее положение взаимодействие цанг 16 с выступом корпуса 2 заканчиваются, и цанги 16 под действием ограничительного бурта 8 разжимаются. Что дает возможность золотнику 4 с нижним 6 и верхним 5 хвостовиками переместиться в крайнее верхнее положение. Перемещению золотника 4 оказывает сопротивление жидкость в пусковой камере 12, которая, сливаясь через отверстия 19 и зазор между золотником 4 и корпусом 1, обеспечивает более плавное перемещение золотника 4, продолжая эффект запуска электроцентробежного насоса на «закрытую задвижку». В процессе перемещения золотника 4 взаимодействие регулировочной втулки 24 с рабочим органом 23 клапана сброса давления 22 заканчивается и рабочий орган 23 удерживается в клапане сброса давления 22 пружиной 27 в закрытом состоянии.When starting the electric centrifugal pump from the position shown in (Fig. 3), the ball 25 of the
При достижении золотника 4 верхнего положения жидкость, как показано выше, от электроцентробежного насоса поступает через устройство во внутреннюю полость НКТ (см. Фиг. 1).When the spool 4 reaches its upper position, the liquid, as shown above, from the electric centrifugal pump flows through the device into the internal cavity of the tubing (see Fig. 1).
Таким образом, при работающем электроцентробежном насосе нагнетаемая жидкость проходит через устройство, меняя направление, и устройство используется как шламоловитель, а двухступенчатый аксиально-подвижный поршень 13 надежно фиксируется, перекрывая сообщение внутренней полости НКТ с затрубным пространством. При остановке насоса аналогично работе обратного клапана жидкость удерживается устройством в полости НКТ. Для проведения эффективных технологических операций, импульсного воздействия на призабойную зону скважины, слива жидкости и эффективной очистки шламоловителя создается в НКТ импульс давления. Величина импульса давления устанавливается перед спуском устройства, установкой зазора Δh, вычисляемого по формуле 2, между торцом рабочего органа 23 клапана сброса давления 22 и регулировочной втулкой 24.Thus, when the electric centrifugal pump is operating, the injected fluid passes through the device, changing direction, and the device is used as a sludge trap, and the two-stage axially movable piston 13 is reliably fixed, blocking the message of the internal cavity of the tubing to the annulus. When the pump stops, similarly to the check valve, the fluid is held by the device in the tubing cavity. To carry out efficient technological operations, impulse effects on the bottom hole of the well, draining the liquid and effectively cleaning the sludge trap, a pressure impulse is created in the tubing. The magnitude of the pressure pulse is set before the descent of the device, setting the gap Δh, calculated by formula 2, between the end face of the working body 23 of the pressure relief valve 22 and the adjusting sleeve 24.
При спуске в скважину насоса устройство может использоваться как опрессовочный клапан.When running into the well of the pump, the device can be used as a pressure test valve.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015115237/03A RU2587654C1 (en) | 2015-04-22 | 2015-04-22 | Downhole valve unit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015115237/03A RU2587654C1 (en) | 2015-04-22 | 2015-04-22 | Downhole valve unit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2587654C1 true RU2587654C1 (en) | 2016-06-20 |
Family
ID=56132292
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015115237/03A RU2587654C1 (en) | 2015-04-22 | 2015-04-22 | Downhole valve unit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2587654C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU171264U1 (en) * | 2017-02-16 | 2017-05-26 | Закрытое акционерное общество "ЭЛКАМ-нефтемаш" | Well pump valve |
RU2709845C1 (en) * | 2019-04-26 | 2019-12-23 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "Пакер" | Chemical reagent supply valve |
RU2730156C1 (en) * | 2020-03-19 | 2020-08-19 | Публичное акционерное общество «Татнефть» имени В.Д. Шашина | Bypass controlled valve |
CN112112606A (en) * | 2020-09-30 | 2020-12-22 | 中国石油天然气集团有限公司 | Constant-pressure constant-quantity swab and constant-pressure constant-quantity swabbing method thereof |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1435836A1 (en) * | 1987-01-13 | 1988-11-07 | Центральная научно-исследовательская лаборатория Производственного объединения "Оренбургнефть" | Valve unit of forcing pipe-line of deep-well pump |
SU1571232A1 (en) * | 1988-07-29 | 1990-06-15 | Западно-Сибирский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт технологии глубокого разведочного бурения | Percussion action locking device for formation tester |
SU1602978A1 (en) * | 1988-10-25 | 1990-10-30 | Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт геофизических исследований геологоразведочных скважин | Valve for formation tester |
US5316084A (en) * | 1990-08-27 | 1994-05-31 | Baker Hughes Incorporated | Well tool with sealing means |
RU2071542C1 (en) * | 1992-12-30 | 1997-01-10 | Николай Петрович Пинчук | Disconnecting device |
RU2455459C1 (en) * | 2011-01-11 | 2012-07-10 | Олег Харисович Ахмедзянов | Downhole valve unit |
-
2015
- 2015-04-22 RU RU2015115237/03A patent/RU2587654C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1435836A1 (en) * | 1987-01-13 | 1988-11-07 | Центральная научно-исследовательская лаборатория Производственного объединения "Оренбургнефть" | Valve unit of forcing pipe-line of deep-well pump |
SU1571232A1 (en) * | 1988-07-29 | 1990-06-15 | Западно-Сибирский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт технологии глубокого разведочного бурения | Percussion action locking device for formation tester |
SU1602978A1 (en) * | 1988-10-25 | 1990-10-30 | Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт геофизических исследований геологоразведочных скважин | Valve for formation tester |
US5316084A (en) * | 1990-08-27 | 1994-05-31 | Baker Hughes Incorporated | Well tool with sealing means |
RU2071542C1 (en) * | 1992-12-30 | 1997-01-10 | Николай Петрович Пинчук | Disconnecting device |
RU2455459C1 (en) * | 2011-01-11 | 2012-07-10 | Олег Харисович Ахмедзянов | Downhole valve unit |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU171264U1 (en) * | 2017-02-16 | 2017-05-26 | Закрытое акционерное общество "ЭЛКАМ-нефтемаш" | Well pump valve |
RU2709845C1 (en) * | 2019-04-26 | 2019-12-23 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "Пакер" | Chemical reagent supply valve |
RU2730156C1 (en) * | 2020-03-19 | 2020-08-19 | Публичное акционерное общество «Татнефть» имени В.Д. Шашина | Bypass controlled valve |
CN112112606A (en) * | 2020-09-30 | 2020-12-22 | 中国石油天然气集团有限公司 | Constant-pressure constant-quantity swab and constant-pressure constant-quantity swabbing method thereof |
CN112112606B (en) * | 2020-09-30 | 2024-03-01 | 中国石油天然气集团有限公司 | Constant-pressure constant-quantity type swab and constant-pressure constant-quantity swabbing method thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2587654C1 (en) | Downhole valve unit | |
RU2455459C1 (en) | Downhole valve unit | |
RU2671370C2 (en) | Crossover valve system and method for gas production | |
RU2394978C1 (en) | Procedure for completion and operation of well | |
CA2627822C (en) | Top hold down rod pump with hydraulically activated drain and method of use | |
RU2421602C1 (en) | Procedure for well operation | |
RU115408U1 (en) | INSTALLATION FOR SIMULTANEOUSLY SEPARATE DEVELOPMENT OF TWO OPERATING OBJECTS ONE WELL | |
RU91371U1 (en) | DEVICE FOR DEVELOPMENT AND OPERATION OF WELLS | |
RU2204688C2 (en) | Overflow valve of drill string with gyrorotor motor | |
RU2334866C1 (en) | Device for simultaneous-separate operation of multypay well | |
RU2549946C1 (en) | Pump packer system for multiple-zone well | |
RU2532501C1 (en) | Multifunctional packer | |
RU2542999C2 (en) | Dowhnole pump unit for simultaneous and separate operation of two formations | |
RU2229586C1 (en) | Controller valve | |
RU2303116C1 (en) | All-purpose valve for downhole motor | |
RU2741882C1 (en) | Method for multi-stage cuff cementing of wells | |
CN109072679B (en) | Downhole tool with open/closed axial and lateral fluid passages | |
RU2334871C1 (en) | Device for completion, treatment and exploration of wells | |
RU90481U1 (en) | SCREW VALVE DEVICE | |
RU2333334C1 (en) | Relief valve of downhole motor | |
RU2291279C2 (en) | Valve for well equipment (variants) | |
RU2300668C2 (en) | Pumping block for well operation (variants) | |
RU2680563C1 (en) | Method and device for formation geomechanical impact | |
RU2194152C2 (en) | Downhole plant for regulation and shutoff of medium flow | |
RU2150575C1 (en) | Well valve unit |