RU2608108C1

RU2608108C1 - Downhole valve unit

Info

Publication number: RU2608108C1
Application number: RU2016107034A
Authority: RU
Inventors: Ярослав Викторович Баранов
Original assignee: Ярослав Викторович Баранов
Priority date: 2016-02-26
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2017-01-13

Abstract

FIELD: oil industry.

SUBSTANCE: invention relates to downhole equipment and can be used in oil and gas wells, equipped with submersible electric-centrifugal pumps (hereinafter ECP). Downhole valve unit (hereinafter device) includes a housing with upper inner and power outer connection threads and a unit located inside. Unit consists of a grid for passage of formation fluid through it, from one valve pairs in form of a seat and shutoff element and from a mechanical drive mechanism. Seat is fixed against axial movement by means of bushing, grid and locking ring installed in housing bore, made in its middle part. Shutoff element is made in form of a plate, in contact with seat 6 at its conical surface with larger diameter, facing grid. Shutoff element is connected with a guide mechanism of mechanical drive. Said drive consists of guide of a back-pressure spring. Spring is located on outer surface of guide between grid and shutoff element of valve pair. Guide ends with a shank. Shank is configured for gripping with a special tool, consisting of collet clamp, jar and weight bar, for advancement of shank in direction from bottomhole to wellhead.

EFFECT: technical result is high reliability of device.

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится с скважинному оборудованию и может быть использовано в нефтегазодобывающих скважинах, оборудованных погружными электроцентробежными насосами (далее ЭЦН).The invention relates to downhole equipment and can be used in oil and gas producing wells equipped with submersible electric centrifugal pumps (hereinafter referred to as ESP).

Известно скважинное клапанное устройство, содержащее корпус с верхней внутренней и нижней наружной присоединительными резьбами, решетку, неподвижно установленную в расточке, выполненной в средней части корпуса, и клапанную пару, состоящую из седла и запорного элемента, имеющего возможность перемещаться вдоль корпуса туда и обратно [пат. RU №2250353, кл. E21B 34/06, 2005 г.]. В соответствии с ним в нижней части корпуса выполнены боковой и продольный каналы, снабженные седлами с шариковым запорным элементом, установленным на седле бокового канала и имеющим возможность перемещения через расточку в продольный канал и обратно.Known downhole valve device comprising a housing with upper internal and lower external connecting threads, a grate fixedly mounted in a bore made in the middle part of the housing, and a valve pair consisting of a seat and a locking element that can move back and forth along the housing [pat . RU No. 2250353, class E21B 34/06, 2005]. In accordance with it, in the lower part of the housing there are lateral and longitudinal channels provided with saddles with a ball locking element mounted on the saddle of the side channel and having the ability to move through the bore into the longitudinal channel and vice versa.

Недостатком устройства является то, что оно работает только как обратный клапан. Устройство предназначено для подачи пластовой жидкости к устью скважины и промывки насосно-компрессорных труб через затрубное пространство. Устройство не предназначено для промывки ЭЦН. Еще одним недостатком устройства является недостаточно надежное перекрытие запорным элементом канала прохода пластовой жидкости, содержащей твердые частицы, к ЭЦН при отключении последнего, что приводит к его обратному турбинному вращению.The disadvantage of this device is that it only works as a check valve. The device is intended for supplying formation fluid to the wellhead and flushing tubing through the annulus. The device is not intended for washing ESPs. Another disadvantage of the device is the insufficiently reliable blocking by the locking element of the passage of the formation fluid containing solid particles to the ESP when the latter is turned off, which leads to its reverse turbine rotation.

Известно скважинное клапанное устройство, содержащее корпус с верхней внутренней и нижней наружной присоединительными резьбами, решетку, неподвижно установленную в расточке, выполненной в средней части корпуса, и клапанную пару, состоящую из седла и запорного элемента, имеющего возможность перемещаться вдоль корпуса туда и обратно [пат. RU №2237212]. В соответствии с ним поверхность запорного элемента, контактирующая с участками седла, выполнена по сфере; причем уплотнительный участок седла представляет собой самоуплотняющуюся манжету специальной конструкции.Known downhole valve device comprising a housing with upper internal and lower external connecting threads, a grate fixedly mounted in a bore made in the middle part of the housing, and a valve pair consisting of a seat and a locking element that can move back and forth along the housing [ pat . RU No. 2237212]. In accordance with it, the surface of the locking element in contact with the saddle portions is made in a sphere; moreover, the sealing portion of the saddle is a self-sealing cuff of a special design.

По сравнению с вышерассмотренным данное устройство обеспечивает более надежное перекрытие запорным элементом проходного для пластовой жидкости канала после отключения ЭЦН даже при наличии твердых частиц, тем самым предотвращая обратное турбинное вращение насоса.Compared with the above, this device provides a more reliable blocking of the passage through the channel for the formation fluid after shutting down the ESP even in the presence of solid particles, thereby preventing reverse turbine rotation of the pump.

Недостатком данного устройства, как и вышерассмотренного, является то, что оно работает только как обратный клапан. Устройство предназначено для подачи пластовой жидкости к устью скважины. Устройство не предназначено для промывки насосно-компрессорных труб и ЭЦН.The disadvantage of this device, as described above, is that it only works as a check valve. The device is designed to supply reservoir fluid to the wellhead. The device is not intended for flushing tubing and ESP.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому эффекту является скважинное клапанное устройство, содержащее корпус с верхней внутренней и нижней наружной присоединительными резьбами и расположенный внутри него узел, состоящий из решетки для прохода через нее пластовой жидкости или промывочной жидкости, неподвижно установленной в расточке, выполненной в средней части корпуса, из клапанной пары, выполненной в виде седла и запорного элемента, имеющего возможность перемещения вдоль корпуса туда и обратно, и из механизма механического привода запорного элемента [1) http://www.teh-maslo.ru/goods/31120864-klapan obratny sharikovy shok p 92 2) http://ukrsk.com.ua/klapan SHOK P.html]The closest to the claimed technical essence and the achieved effect is a downhole valve device comprising a housing with upper internal and lower external connecting threads and an assembly located inside it, consisting of a grate for passing through it formation fluid or flushing fluid fixedly installed in a bore made in the middle part of the body, from a valve pair made in the form of a saddle and a locking element that can be moved back and forth along the body, and from fur the bottom of the mechanical drive of the locking element [1) http://www.teh-maslo.ru/goods/31120864-klapan obratny sharikovy shok p 92 2) http://ukrsk.com.ua/klapan SHOK P.html]

В соответствии с ним устройство содержит две клапанные пары, разделенные между собой решеткой. Одна пара выполняет функцию обратного клапана, а другая - промывочного клапана. При этом запорный элемент клапанной пары промывочного клапана поджат снизу (со стороны забоя скважины) возвратно-прижимной пружиной.In accordance with it, the device contains two valve pairs, separated by a grid. One pair acts as a check valve and the other as a flush valve. In this case, the locking element of the valve pair of the flushing valve is pressed from below (from the bottom of the well) by a reciprocating spring.

Такое конструктивное исполнение клапанного устройства обеспечивает его многофункциональность в части обеспечения возможности его использования:This design of the valve device provides its versatility in terms of ensuring the possibility of its use:

а) для подачи насосом пластовой жидкости;a) for pumping formation fluid;

б) опрессовки насосно-компрессорных труб;b) pressure testing of tubing;

в) промывки насосно-компрессорных труб и ЭЦН;c) flushing tubing and ESP;

г) предотвращения обратного турбинного вращения ЭЦН.d) preventing reverse turbine rotation of the ESP.

Недостатками устройства являются следующие:The disadvantages of the device are as follows:

а) сложность конструкции, что усложняет его изготовление;a) the complexity of the design, which complicates its manufacture;

б) малый диаметр проходных каналов, что может привести к снижению со временем пропускной способности клапана из-за возможности образования в каналах отложения солей или асфальто-смолистых парафинных отложений;b) the small diameter of the passage channels, which can lead to a decrease in valve capacity over time due to the possibility of formation of salts or asphalt-resinous paraffin deposits in the deposition channels;

в) ввиду того, что промывной клапан устройства рассчитан на определенное давление, существуют ограничения в применении в целом устройства, а точнее в зависимости от давления пластовой жидкости промывной клапан устройства должен иметь разные исполнения. В противном случае (если такового не выполнять) возможны внештатные ситуации, когда при меньшей величине давления пластовой жидкости под запорным элементом промывного клапана по сравнению с таковой над его запорным элементом последний будет находиться в приоткрытом состоянии, следствием чего является невозможность выполнения им защиты ЭЦН от турбинного вращения.c) due to the fact that the flushing valve of the device is designed for a certain pressure, there are restrictions on the use of the whole device, and more precisely, depending on the pressure of the reservoir fluid, the flushing valve of the device must have different designs. Otherwise (if this is not done), emergency situations are possible when, at a lower pressure of the reservoir fluid under the shut-off element of the flushing valve compared to that above its shut-off element, the latter will be in an ajar state, which results in the impossibility of protecting the ESP from turbine rotation.

Отсюда следует, что данное устройство не надежно в эксплуатации и не универсально, т.к. возникает необходимость разработки индивидуального его исполнения под каждую группу скважин.It follows that this device is not reliable in operation and is not universal, because there is a need to develop its individual performance for each group of wells.

Задачей изобретения является обеспечение не только многофункциональности работы устройства, но и его универсальности при одновременном повышении надежности его работы, а также уменьшение затрат при его изготовлении и эксплуатации.The objective of the invention is to provide not only the multifunctionality of the device, but also its versatility while improving the reliability of its operation, as well as reducing costs in its manufacture and operation.

Поставленная задача решается за счет того, что в скважинном клапанном устройстве, содержащем корпус с верхней внутренней и нижней наружной присоединительными резьбами и расположенный внутри него узел, состоящий из решетки для прохода через нее пластовой и промывочной жидкости, неподвижно установленной в расточке, выполненной в средней части корпуса, из клапанной пары, выполненной в виде седла и запорного элемента, имеющего возможность перемещения вдоль корпуса туда и обратно, и из механизма механического привода запорного элемента, в соответствии с заявляемым техническим решением расположенный внутри его корпуса узел состоит из одной клапанной пары, в которой запорный элемент выполнен в виде тарелки, контактирует с седлом по его конической поверхности большим диаметром, обращенным в сторону решетки, и соединен с механизмом механического привода, в который наряду с возвратно-прижимной пружиной, расположенной между решеткой и запорным элементом, входит направляющая, проходящая через центральное отверстие в решетке, заканчивающаяся хвостовиком, выполненным с возможностью его захвата специальным инструментом для выдвижения хвостовика в направлении от забоя к устью скважины, а седло зафиксировано от осевого перемещения посредством втулки, решетки и стопорного кольца, установленного в расточке корпуса.The problem is solved due to the fact that in the downhole valve device comprising a housing with upper internal and lower external connecting threads and an assembly located inside it, consisting of a grate for passing through it reservoir and flushing fluid, motionlessly installed in the bore, made in the middle part case, from a valve pair made in the form of a saddle and a locking element that can be moved along the body there and back, and from the mechanism of the mechanical drive of the locking element, in In accordance with the claimed technical solution, the assembly located inside its body consists of one valve pair, in which the locking element is made in the form of a plate, contacts a saddle on its conical surface with a large diameter facing the lattice, and is connected to a mechanical drive mechanism, in which with a reciprocating spring located between the grate and the locking element, there is a guide passing through the central hole in the grating, ending with a shank made with possible Stu its special tool for gripping the stem extension in a direction from the bottom to the wellhead, and the seat is fixed against axial movement by the sleeve, and the lattice of the locking ring mounted in the bore of the housing.

То, что расположенный внутри корпуса узел состоит из одной клапанной пары, позволяет упростить его конструктивное исполнение. Выполнение в клапанной паре запорного элемента в виде тарелки, контактирующей с седлом по его конической поверхности большим диаметром, обращенным в сторону решетки, а седла - с фиксацией от осевого перемещения посредством втулки, решетки и стопорного кольца, установленного в расточке корпуса, обеспечивает гарантированное открытие клапана под воздействием пластовой жидкости (которая по насосно-компрессорным трубам поднимается наружу), а также гарантированное его закрытие:The fact that the assembly located inside the housing consists of one valve pair allows to simplify its design. The implementation in the valve pair of the locking element in the form of a plate in contact with the saddle on its conical surface with a large diameter facing the side of the grill, and the saddle with fixation from axial movement by means of a sleeve, grille and a snap ring installed in the bore of the body, ensures guaranteed valve opening under the influence of the reservoir fluid (which rises out through tubing), as well as its guaranteed closure:

а) при остановке ЭЦН, предотвращая обратное турбинное вращение насоса и слив пластовой жидкости обратно в скважину, тем самым облегчая последующий пуск установки;a) when the ESP is stopped, preventing the reverse turbine rotation of the pump and draining the formation fluid back into the well, thereby facilitating the subsequent start-up of the installation;

б) при опрессовке колонны насосно-компрессорных труб.b) when crimping the tubing string.

Соединение клапана (выполненного в виде тарелки) с механизмом механического привода, в который наряду с возвратно-прижимной пружиной, расположенной между решеткой и запорным элементом, входит направляющая, проходящая через центральное отверстие в решетке и заканчивающаяся хвостовиком, выполненным с возможностью его захвата специальным инструментом для выдвижения его в направлении от забоя к устью скважины, обеспечивает гарантированное открытие клапана для проведения промывки насоса путем подачи промывочной жидкости через колонну насосно-компрессорных труб (НКТ).The connection of the valve (made in the form of a plate) with a mechanical drive mechanism, which along with a reciprocating spring located between the grate and the locking element includes a guide passing through the central hole in the grating and ending with a shank made with the possibility of its capture by a special tool for extending it in the direction from the bottom to the wellhead provides a guaranteed valve opening for pump flushing by supplying flushing fluid through the column n Sosno-well tubing (OWT).

В новой совокупности существенных признаков у объекта изобретения появляется новое свойство: способность обеспечить возможность использования устройства для подачи насосом пластовой жидкости, опрессовки насосно-компрессорных труб, промывки насосно-компрессорных труб и ЭЦН при любом типе скважин и при этом упростить его конструктивное исполнение.In the new set of essential features, the object of the invention has a new property: the ability to use the device for pumping formation fluid, crimping tubing, flushing tubing and ESP for any type of well and at the same time simplify its design.

Благодаря новому свойству решается поставленная задача, а именно обеспечивается не только многофункциональность работы устройства, но и его универсальность при одновременном повышении надежности работы, а также уменьшаются затраты при его изготовлении и эксплуатации.Thanks to the new property, the task is solved, namely, not only the multifunctionality of the device’s work is ensured, but also its versatility, while increasing the reliability of the work, as well as costs are reduced during its manufacture and operation.

На фиг. 1 в разрезе изображен общий вид заявляемого скважинного клапанного устройства (положение исходное перед спуском в скважину в составе компоновки с НКТ и ЭЦН или при опрессовке колонны НКТ с устья или после остановки ЭЦН в скважине).In FIG. 1 is a sectional view showing a general view of the inventive downhole valve device (the initial position before launching into the well as part of the assembly with tubing and ESP or when crimping the tubing string from the wellhead or after stopping the ESP in the well).

На фиг. 2 изображено место расположения заявляемого скважинного клапанного устройства в скважине.In FIG. 2 shows the location of the inventive downhole valve device in the well.

На фиг. 3 в разрезе изображен общий вид заявляемого скважинного клапанного устройства (положение при работе ЭЦН).In FIG. 3 in a section shows a General view of the inventive downhole valve device (position during operation of the ESP).

На фиг. 4 в разрезе изображен общий вид заявляемого скважинного устройства (положение при открытии запорного элемента клапанной пары инструментом цанговым ЦН-22 для проведения операции промывки ЭЦН).In FIG. 4 is a sectional view showing a general view of the inventive downhole device (position when opening the locking element of the valve pair with the TsN-22 collet tool for performing an ESP washing operation).

Заявляемое скважинное клапанное устройство (далее устройство) содержит корпус 1 с верхней внутренней и нижней наружной присоединительными резьбами 2, 3 и расположенный внутри него узел. Узел состоит из решетки 4 для прохода через нее пластовой жидкости, из одной клапанной пары в виде седла 5 и запорного элемента 6 и из механизма механического привода. Седло 5 зафиксировано от осевого перемещения посредством втулки 7, решетки 4 и стопорного кольца 8, установленного в расточке корпуса 1, выполненной в его средней части. Запорный элемент 6 выполнен в виде тарелки, контактирует с седлом 6 по его конической поверхности большим диаметром, обращенным в сторону решетки 4. Запорный элемент 6 соединен с направляющей 9 механизмом механического привода. Указанный привод состоит из направляющей 9, возвратно-прижимной пружины 10. Пружина 10 расположена по наружной поверхности направляющей 9 между решеткой 4 и запорным элементом 6 клапанной пары. Направляющая 9 заканчивается хвостовиком 11. Хвостовик 11 выполнен с возможностью его захвата специальным инструментом для его выдвижения в направлении от забоя к устью скважины. Герметичность по контактирующей поверхности седла 5 с корпусом 1 обеспечивается наличием уплотнения 12, а седла 5 с запорным элементом 6 - наличием уплотнения 13.The inventive downhole valve device (hereinafter the device) comprises a housing 1 with upper inner and lower outer connecting threads 2, 3 and an assembly located inside it. The assembly consists of a lattice 4 for the passage of formation fluid through it, from one valve pair in the form of a saddle 5 and a locking element 6, and from a mechanical drive mechanism. The saddle 5 is fixed from axial movement by means of a sleeve 7, a grill 4 and a retaining ring 8 installed in the bore of the housing 1, made in its middle part. The locking element 6 is made in the form of a plate, is in contact with the saddle 6 on its conical surface with a large diameter facing the lattice 4. The locking element 6 is connected to the guide 9 by a mechanical drive mechanism. The specified drive consists of a guide 9, the reciprocating spring 10. The spring 10 is located on the outer surface of the guide 9 between the grill 4 and the locking element 6 of the valve pair. The guide 9 ends with a shank 11. The shank 11 is made with the possibility of its capture by a special tool for its extension in the direction from the bottom to the wellhead. Tightness on the contact surface of the seat 5 with the housing 1 is ensured by the presence of a seal 12, and the seat 5 with a locking element 6 - by the presence of a seal 13.

Заявляемое устройство работает следующим образом.The inventive device operates as follows.

В положении, показанном на фиг. 1, устройство работает при опрессовке колонны НКТ с устья или после остановки ЭЦН в скважине. При этом закрытое положение запорного элемента 6 при опрессовке НКТ перед началом работы ЭЦН и после остановки ЭЦН обеспечивают соответственно возвратно-прижимная пружина 10 и напор опрессовочной жидкости или возвратно-прижимная пружина 10 и вес столба жидкости.In the position shown in FIG. 1, the device operates when pressure testing the tubing string from the wellhead or after stopping the ESP in the well. In this case, the closed position of the locking element 6 during pressure testing of the tubing before starting the ESP and after stopping the ESP provides, respectively, the reciprocating spring 10 and the pressure of the crimping fluid or the reciprocating spring 10 and the weight of the liquid column.

В положении, показанном на фиг. 3, устройство работает следующим образом. При включении ЭЦН под действием столба жидкости возникает перепад давлений между зонами, расположенными до и после клапанной пары. При этом запорный элемент 6, преодолевая сопротивление возвратно-прижимной пружины 10, отходит от седла 5. В результате осуществляется проход пластовой жидкости в направлении к устью скважины (см. фиг. 2).In the position shown in FIG. 3, the device operates as follows. When the ESP is turned on under the action of a liquid column, a pressure differential occurs between the zones located before and after the valve pair. In this case, the locking element 6, overcoming the resistance of the reciprocating spring 10, departs from the seat 5. As a result, the formation fluid passes towards the wellhead (see Fig. 2).

В положении, приведенном на фиг. 4, показана подготовка к работе и работа устройства при промывке ЭЦН.In the position shown in FIG. 4, preparation for operation and operation of the device during washing with an ESP are shown.

Для включения устройства в режим промывки ЭЦН выполняется следующее. Заранее настроенный на имитаторе хвостовика инструмент цанговый ИЦ-22, ясс механический ЯСМ-500 и штангу грузовую ШГр-1500-32 спускают через лубрикатор скважинный Л65×35 на канатной проволоке диаметром не менее 2,5 мм до уровня расположения хвостовика 11. Затем цанговый инструмент цепляют за хвостовик 11 направляющей 9, соединенной с запорным элементом 6. Перемещая цанговый инструмент вверх (в сторону устья скважины), тянут запорный элемент 6 клапанной пары за хвостовик 11 и направляющую 9. В результате между запорным элементом 6 и седлом 5 образуется зазор, через который промывочная жидкость поступает в ЭЦН и осуществляется его промывка.To enable the device in the washing mode of the ESP, the following is performed. The IC-22 collet tool pre-configured on the shank simulator, the YaSM-500 mechanical jar and the ShGr-1500-32 cargo rod are lowered through the L65 × 35 downhole lubricator on a wire wire with a diameter of at least 2.5 mm to the level of the shank 11. Then the collet tool cling to the shank 11 of the guide 9 connected to the locking element 6. Moving the collet tool up (towards the wellhead), pull the locking element 6 of the valve pair by the shank 11 and the guide 9. As a result, between the locking element 6 and the saddle 5 is formed set, through which the washing liquid supplied to the ESP and its washing is performed.

После завершения промывки ЭЦН цанговый инструмент посредством ясса отцепляют и извлекают на поверхность, а устройство переходит в режим классического обратного клапана.After washing the ESP, the collet tool is unfastened by means of a jar and removed to the surface, and the device switches to the classic check valve mode.

Claims

A downhole valve device comprising a housing with upper internal and lower external connecting threads and an assembly located inside it, consisting of a grate for passage of formation and flushing fluid through it, fixedly mounted in a bore, made in the middle of the housing, from a valve pair made in the form a saddle and a locking element, having the ability to move along the body back and forth, and from the mechanism of the mechanical drive of the locking element, including a reciprocating spring, distinguishing The fact that the assembly located inside the housing consists of one valve pair, in which the locking element is made in the form of a plate, contacts the saddle along its conical surface with a large diameter facing the grate, and is connected to the mechanical drive mechanism, which, along with the return - a clamping spring located between the grate and the locking element includes a guide passing through the central hole in the grating, ending with a shank made with the possibility of its capture by a special tool ntom, consisting of a collet, jar and cargo rod, to extend the shank in the direction from the bottom to the wellhead, and the saddle is fixed from axial movement by means of a sleeve, grille and a retaining ring installed in the body bore.