RU2644312C1 - Cutoff valve - Google Patents
Cutoff valve Download PDFInfo
- Publication number
- RU2644312C1 RU2644312C1 RU2017113482A RU2017113482A RU2644312C1 RU 2644312 C1 RU2644312 C1 RU 2644312C1 RU 2017113482 A RU2017113482 A RU 2017113482A RU 2017113482 A RU2017113482 A RU 2017113482A RU 2644312 C1 RU2644312 C1 RU 2644312C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- valve
- spring
- axial channel
- pressure
- detachable body
- Prior art date
Links
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 20
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 9
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 46
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 15
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 244000309464 bull Species 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- 244000273618 Sphenoclea zeylanica Species 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000003129 oil well Substances 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- F16K17/00—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves
- F16K17/02—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side
- F16K17/04—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side spring-loaded
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Lift Valve (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам для регулирования расхода пластовой жидкости, преимущественно в горизонтальных скважинах нефтяных месторождений, разрабатываемых шахтным способом с применением тепловых методов воздействия.The invention relates to the oil industry, in particular to devices for regulating the flow of formation fluid, mainly in horizontal wells of oil fields developed by the mine method using thermal methods of exposure.
Известно дроссельно-регулирующее устройство (см. пат. 2514328 Рос. Федерация. МПК F16K 3/02; F16K 47/14. №2012151736/06; заявл. 03.12.2012; опубл. 27.04.2014. Бюл. №12), состоящее из корпуса, в котором размещено седло, с пересекающимися между собой под различными углами каналами для протока среды, регулируемого органа, установленного с возможностью изменения площади проходного сечения каналов в седле.Known throttle control device (see US Pat. 2514328 Russian Federation. IPC F16K 3/02; F16K 47/14. No. 2012151736/06; claimed 03.12.2012; published on 04.27.2014. Bull. No. 12), consisting from the housing in which the saddle is placed, with channels intersecting each other at different angles for the flow of the medium, an adjustable body installed with the ability to change the area of the passage section of the channels in the saddle.
Изобретение позволяет изменить гидравлическое сопротивление каналов в седле без изменения пропускной способности устройства, снижения скорости протекания потока жидкости, что позволяет устранить активизацию процесса коррозии, кавитации и вибрации, с расширением диапазона регулирования.The invention allows you to change the hydraulic resistance of the channels in the saddle without changing the throughput of the device, reducing the flow rate of the fluid flow, which eliminates the activation of the corrosion process, cavitation and vibration, with an extension of the control range.
К недостаткам конструкции устройства следует отнести:The disadvantages of the design of the device include:
- сложно осуществить полное прекращение подачи рабочей жидкости;- it is difficult to completely shut off the supply of working fluid;
- проблематично сохранить пропускную способность рабочей жидкости, когда прекращено ее перетекание по части каналов.- it is problematic to maintain the throughput of the working fluid when its flow over part of the channels is stopped.
При снижении скорости перетекания рабочей жидкости по каналам неизменно произойдет снижение дебита.With a decrease in the flow rate of the working fluid through the channels, the flow rate will invariably decrease.
В случае перехода на подачу рабочей среды с другими физико-механическими свойствами, например жидкость или паровая газовая фаза, работа устройства должна быть скорректирована, то есть необходимо провести переналадку, что сделать достаточно проблематично.In the case of switching to the supply of a working medium with other physical and mechanical properties, for example, a liquid or a vapor gas phase, the operation of the device must be adjusted, that is, it is necessary to carry out readjustment, which is quite problematic.
Известен регулятор потока жидкости (см. пат. 4858644 США. Fluid flow regulator. М кл. F16K 15/14; заявл. 31.05.1988 г., опубл. 22.08.1989 г.). Устройство состоит из полого корпуса со ступенчатым осевым каналом, в котором размещен подпружиненный поршень, снабженный штуцером, опирающимся на пружину, играющую роль регулируемого ограничителя потока. Другим концом пружина опирается на посадочное место в переходнике, в котором выполнены циркуляционные отверстия, соединяющие осевой канал корпуса, с каналом переходника.A known fluid flow regulator (see US Pat. No. 4,858,644. Fluid flow regulator. M class F16K 15/14; claimed 05/31/1988, publ. 08/22/1989). The device consists of a hollow body with a stepped axial channel, in which a spring-loaded piston is placed, equipped with a fitting resting on a spring, which plays the role of an adjustable flow limiter. At the other end, the spring rests on a seat in the adapter, in which circulation holes are made connecting the axial channel of the housing with the channel of the adapter.
Работа устройстваDevice operation
Через осевой канал штуцера рабочая жидкость подается в осевой канал поршня и далее внутрь полости, ограниченной витками пружины, откуда через зазоры перетекает в камеру, окружающую пружину, и далее через отверстия в теле переходника подается в его осевой канал. Таким образом происходит ограничение потока жидкости за счет уменьшения зазора между витками. Данное ограничение меняется при осевом перемещении поршня. При изменении зазора происходит изменение дифференциального давления. Регулятор позволяет компенсировать скорость потока жидкости в автоматическом режиме.Through the axial channel of the nozzle, the working fluid is fed into the axial channel of the piston and further into the cavity bounded by the coil of the spring, from where it flows through the gaps into the chamber surrounding the spring, and then through the holes in the body of the adapter is fed into its axial channel. Thus, there is a restriction of fluid flow by reducing the gap between the turns. This limitation changes with the axial movement of the piston. When the clearance changes, the differential pressure changes. The regulator allows you to compensate for the fluid flow rate in automatic mode.
Недостатки конструкцииDesign flaws
При работе устройства поток рабочей жидкости ограничивается с одной стороны штуцером, а далее щелевыми зазорами между витками пружины, зазоры между которыми изменяются в зависимости от наличия перепада давления на поршне. Поршень при этом совершает возвратно-поступательное перемещение, с наложением на поток импульсов расхода и давления. Это предопределяет нестабильный во времени расход жидкости.During the operation of the device, the flow of the working fluid is limited on one side by the fitting, and then by slotted gaps between the spring coils, the gaps between which vary depending on the presence of a pressure differential across the piston. In this case, the piston makes a reciprocating movement, superimposed on the stream of flow pulses and pressure. This determines the unstable flow rate of the fluid over time.
Конструкция устройства не дает возможность полностью прекратить подачу жидкости.The design of the device does not allow to completely stop the flow of fluid.
Известна конструкция скважинного клапана-отсекателя (см. а.с. 874993 СССР. М кл. Е21В 43/12; №2808769/22-02; заявл. 15.06.1979; опубл. 23.10.1981. Бюл. №39), состоящая из цилиндра с поршнем внутри. К цилиндру присоединены переводник с муфтой. Переводник присоединен к корпусу клапана, который связан с корпусом седла. В корпусе установлен тарельчатый клапан, поджатый к седлу пружиной. Поршень удерживается в верхнем положении пружиной, ограниченной по ходу толкателем, в котором выполнены каналы для сообщения полости между толкателем и корпусом с пространством над тарельчатым клапаном.The well-known design of the borehole shutoff valve (see AS 874993 USSR. M class. E21B 43/12; No. 2808769 / 22-02; declared. 15.06.1979; publ. 10/23/1981. Bull. No. 39), consisting from a cylinder with a piston inside. A sub with a coupling is attached to the cylinder. The sub is attached to the valve body, which is connected to the seat body. A poppet valve is installed in the casing, pressed against the seat by a spring. The piston is held in the upper position by a spring bounded along the pusher, in which channels are made for communicating the cavity between the pusher and the housing with the space above the poppet valve.
Работа клапана-отсекателяShutoff Valve Operation
Под действием перепада давления, сообщаемого через отверстие в проводнике, поршень перемещается и сжимает пружину. Уплотнители, расположенные на торце толкателя, отходят от контакта с муфтой, что приводит к подаче жидкости через отверстие в муфте, через кольцевой канал между седлом и толкателем и, далее, через каналы на конце толкателя в зону над тарельчатым каналом. Это приводит к выравниванию давления над и под тарельчатым каналом. При дальнейшем движении поршня вниз толкатель доводится до упора в тарельчатый клапан с выравниванием давления.Under the influence of the pressure drop communicated through the hole in the conductor, the piston moves and compresses the spring. The seals located at the end of the pusher move away from contact with the coupling, which leads to the supply of fluid through the hole in the coupling, through the annular channel between the seat and the pusher, and then through the channels at the end of the pusher into the area above the poppet channel. This leads to equalization of pressure above and below the poppet channel. With further movement of the piston down, the plunger is brought to the stop in the poppet valve with equalization of pressure.
При плавном открытии клапана толкатель упирается на корпус седла и, проходя через уплотнитель, изолируется рабочая поверхность клапана и седла от эрозионного воздействия потоком рабочей жидкости.When the valve opens smoothly, the pusher rests on the seat body and, passing through the seal, the working surface of the valve and seat is isolated from erosion by the flow of working fluid.
При снятии (снижении) давления жидкости, которое сообщается поршню через отверстие в переводнике, поршень под действием пружины и давления жидкости движется вверх. При этом толкатель освобождает тарельчатый клапан, который под воздействием пружины и потока жидкости, поступающей через отверстия в теле корпуса, закрывает проход клапана-отсекателя.When removing (lowering) the fluid pressure, which is communicated to the piston through an opening in the sub, the piston moves upward under the action of the spring and fluid pressure. In this case, the pusher releases the poppet valve, which, under the influence of the spring and fluid flow through the openings in the body of the body, closes the passage of the shutoff valve.
Недостатки конструкции:Design disadvantages:
- для работы (открытия и поддержки в открытом состоянии) клапана-отсекателя необходима подача давления, превышающего пластовое, соответственно необходим источник этого управляющего давления - устройство не срабатывает автоматически;- for the operation (opening and support in the open state) of the shut-off valve, a pressure supply exceeding the reservoir pressure is necessary, respectively, a source of this control pressure is needed - the device does not work automatically;
- конструкция клапана не предусматривает перенастройку на новый режим работы без извлечения его из скважины и демонтажа устройства;- the valve design does not provide for reconfiguration to a new mode of operation without removing it from the well and dismantling the device;
- использование в качестве запорного органа откидывающегося вбок тарельчатого клапана с пружиной кручения потребует увеличения габаритных размеров устройства или существенного уменьшения проходного канала; кроме того, работа тарельчатого клапана данной конструкции в среде пластового флюида, содержащего мехпримеси, обуславливает низкую надежность полного перекрытия канала.- the use of a pop-up valve flap with a torsion spring as a locking body will require an increase in the overall dimensions of the device or a significant reduction in the passage channel; in addition, the operation of a poppet valve of this design in an environment of formation fluid containing mechanical impurities causes low reliability of the complete closure of the channel.
Известен клапан-отсекатель (см. пат. 2533394 Рос. Федерация. МПК F16K 3/04; 17/04. №2013136058/03; заявл. 01.08.2013; опубл. 20.11.2014. Бюл. №32), принятый за прототип.Known shut-off valve (see US Pat. 2533394 Russian Federation. IPC F16K 3/04; 17/04. No. 2013136058/03; claimed. 08.18.2013; publ. 20.11.2014. Bull. No. 32), adopted as a prototype .
Клапан-отсекатель устанавливается в составе лифтовой колонны труб и состоит из разъемного корпуса с седлом в осевом канале. Ниже, под седлом размещается полый плунжер с кольцевым выступом, опирающийся на пружину с гайкой. В осевом канале полого плунжера выполнен упор, на который опирается втулка, снабженная радиальными отверстиями, которые соединяют полость над плунжером с полостью под седлом. В осевом канале втулки размещена трубка с тарельчатым клапаном. Полый плунжер с кольцевым выступом совместно с разъемным корпусом образует кольцевую камеру, которая через радиальное отверстие в полом плунжере и отверстие в теле втулки сообщается с ее осевым каналом и каналом трубки.The shut-off valve is installed as part of the pipe tubing and consists of a detachable body with a seat in the axial channel. Below, under the saddle is a hollow plunger with an annular protrusion, resting on a spring with a nut. An emphasis is made in the axial channel of the hollow plunger, on which a sleeve is supported, provided with radial holes that connect the cavity above the plunger with the cavity under the saddle. A tube with a poppet valve is located in the axial channel of the sleeve. A hollow plunger with an annular protrusion together with a detachable body forms an annular chamber, which communicates through its radial hole in the hollow plunger and the hole in the body of the sleeve with its axial channel and the channel of the tube.
Втулка снабжена донышком, в котором выполнено центральное отверстие и установлен перепускной клапан с возможностью перекрытия перепускных отверстий, которые соединяют осевой канал втулки с полостью осевого канала разъемного корпуса. Над полым плунжером ход перепускного клапана ограничен стопорным кольцом. В осевом канале разъемного корпуса установлена упорная втулка, образующая подвижное соединение с верхним концом полого плунжера. При этом полость над кольцевым выступом через отверстие в полом плунжере сообщается с осевым каналом над втулкой. Разъемный корпус снабжен присоединительной резьбой.The sleeve is provided with a bottom in which a central hole is made and a bypass valve is installed with the possibility of blocking the bypass holes that connect the axial channel of the sleeve with the cavity of the axial channel of the detachable housing. Above the hollow plunger, the bypass valve travel is limited by a retaining ring. A thrust sleeve is installed in the axial channel of the split housing, forming a movable connection with the upper end of the hollow plunger. In this case, the cavity above the annular protrusion through the hole in the hollow plunger communicates with the axial channel above the sleeve. The detachable housing is provided with a connecting thread.
Принцип работы клапана-отсекателя.The principle of operation of the shutoff valve.
Торцовый клапан усилием сжатой пружины поджимается к седлу, расположенному в осевом канале разъемного корпуса. Давление рабочей жидкости в колонне труб через осевой канал трубы, радиальные отверстия в теле втулки и радиальное отверстие в теле полого плунжера воздействует на кольцевой выступ снизу, что обеспечивает сохранность контакта тарельчатого клапана с поверхностью седла. То же самое давление воспринимается площадью сечения того же тарельчатого клапана.The mechanical valve is pressed by the force of a compressed spring to a seat located in the axial channel of the split housing. The pressure of the working fluid in the pipe string through the axial channel of the pipe, the radial holes in the body of the sleeve and the radial hole in the body of the hollow plunger acts on the annular protrusion from below, which ensures the contact of the poppet valve with the surface of the seat. The same pressure is perceived by the cross-sectional area of the same poppet valve.
Площадь сечения кольцевого выступа принимается меньше площади сечения тарельчатого клапана, что обеспечивает его поджим к седлу пружиной. При избыточном давлении над торцовым клапаном, превышающим давление от столба рабочей жидкости, тарельчатый клапан отрывается от седла, с образованием гидравлической связи осевого канала труб с осевым каналом разъемного корпуса над втулкой. Рабочая жидкость через осевые отверстия во втулке проходит на забой скважины. Полый плунжер при отрыве тарельчатого клапана от седла при воздействии избыточного давления перемещается до упора в уступ.The cross-sectional area of the annular protrusion is taken less than the cross-sectional area of the poppet valve, which ensures that it is pressed against the seat by a spring. When the overpressure above the end valve exceeds the pressure from the column of the working fluid, the poppet valve comes off the seat, with the formation of a hydraulic connection between the axial channel of the pipes and the axial channel of the split housing above the sleeve. The working fluid through the axial holes in the sleeve passes to the bottom of the well. Hollow plunger when the poppet valve is separated from the seat when exposed to excessive pressure moves to the stop in the ledge.
После прекращения подачи рабочей жидкости полый плунжер вместе с втулкой и тарельчатым клапаном поднимается вверх в осевом канале разъемного корпуса с посадкой тарельчатого клапана на седло. Это позволяет исключить попадание рабочей жидкости в продуктивный пласт, что важно для работы газовых скважин на подземных хранилищах газа.After the supply of the working fluid is stopped, the hollow plunger, together with the sleeve and the poppet valve, rises upward in the axial channel of the split housing with the poppet valve landing on the seat. This eliminates the ingress of working fluid into the reservoir, which is important for the operation of gas wells in underground gas storages.
Недостатки конструкции и работы устройства:The disadvantages of the design and operation of the device:
В случае оснащения устройством нефтяных скважин, добыча в которых ведется с применением тепловых методов воздействия:If the device is equipped with oil wells, the production of which is carried out using thermal methods of influence:
- при этом давление пластового флюида может быть недостаточным, чтобы открыть тарельчатый клапан и сжать пружину, что предопределяет несрабатывание устройства;- while the pressure of the reservoir fluid may be insufficient to open the poppet valve and compress the spring, which determines the failure of the device;
- при установке устройства в составе труб в скважине невозможно провести перенастройку на новый режим без демонтажа с места применения;- when installing the device in the composition of the pipes in the well, it is impossible to reconfigure to a new mode without dismantling from the place of use;
- для перекрытия тарельчатого клапана при малом перепаде давления невозможно создать достаточное осевое усилие без применения дополнительного силового узла;- to close the poppet valve with a small pressure drop, it is impossible to create sufficient axial force without the use of an additional power unit;
- ограничения по диаметральным размерам устройства, накладываемые конструкцией скважины, влияют на пропускную способность устройства из-за малой пропускной способности пластовой жидкости через осевые отверстия во втулке.- restrictions on the diametrical dimensions of the device imposed by the well design affect the throughput of the device due to the low throughput of the reservoir fluid through the axial holes in the sleeve.
Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого изобретения, заключается в следующем:The technical result that can be obtained by implementing the invention is as follows:
- возможность настройки устройства на оптимальный режим эксплуатации в процессе работы по пропуску пластового флюида через устройство при малом перепаде давления;- the ability to configure the device to the optimal operating mode in the process of passing formation fluid through the device with a small pressure drop;
- возможность увеличения пропускной способности устройства при наличии ограничений по диаметральным размерам конструкции путем снижения гидравлических сопротивлений;- the possibility of increasing the throughput of the device in the presence of restrictions on the diametrical dimensions of the structure by reducing hydraulic resistance;
- возможность изменения осевого усилия для дополнительного сжатия возвратной пружины полого штока за счет включения дополнительной площади восприятия перепада давления;- the possibility of changing the axial force for additional compression of the return spring of the hollow rod due to the inclusion of an additional area of perception of the differential pressure;
- возможность гашения скорости подачи пластового флюида через устройство за счет применения подпружиненного отражателя.- the possibility of damping the feed rate of the reservoir fluid through the device through the use of a spring-loaded reflector.
Технический результат достигается тем, что клапан-отсекатель содержит разъемный корпус с седлом в осевом канале, подпружиненный торцовый клапан, связанный с полой трубкой, регулировочную гайку. В осевом канале разъемного корпуса установлен стакан, снабженный выступами на внешней стороне, выходящими в сквозные продольные пазы, выполненные в теле разъемного корпуса. Выступы охватываются обоймой, соединенной с гайкой, связанной резьбой с разъемным корпусом. Торцовый клапан снабжен внутренней расточкой и связан с полой трубкой, пропущенной в осевой канал стакана, с образованием подвижного соединения. Седло снабжено рядом продольных отверстий и внутренней проточкой, обращенной к торцовому клапану, и толкателем с коронкой, размещенной во внутренней проточке седла, с выходом во внутреннюю проточку торцового клапана. В осевом канале стакана установлен подпружиненный отбойник с регулировочной шторкой, в которой выполнены радиальные отверстия, и кольцевым выступом с рядом продольных пазов, образующим подвижное соединение с телом стакана. Толкатель образует подвижное соединение с седлом и снабжен регулировочной гайкой с опорой на пружину.The technical result is achieved by the fact that the shutoff valve comprises a detachable body with a seat in the axial channel, a spring-loaded mechanical valve connected to the hollow tube, and an adjusting nut. A cup is provided in the axial channel of the detachable body, provided with protrusions on the outside that extend into through longitudinal grooves made in the body of the detachable body. The protrusions are covered by a ferrule connected to a nut connected by a thread to a detachable housing. The end valve is equipped with an internal bore and is connected with a hollow tube passed into the axial channel of the glass, with the formation of a movable joint. The saddle is equipped with a series of longitudinal holes and an internal groove facing the end valve, and a pusher with a crown located in the inner groove of the saddle, with access to the inner groove of the mechanical valve. A spring-loaded chipper with an adjustment shutter in which radial holes are made and an annular protrusion with a series of longitudinal grooves forming a movable connection with the body of the cup is installed in the axial channel of the cup. The pusher forms a movable connection with the seat and is equipped with an adjusting nut supported by a spring.
Конструкция клапана-отсекателя поясняется чертежами, где:The design of the shutoff valve is illustrated by drawings, where:
- на фигуре 1 - клапан-отсекатель в разрезе, в исходном закрытом положении;- in figure 1 - cutoff valve in the context, in the initial closed position;
- на фигуре 2 - клапан-отсекатель в положении деталей в момент открытия;- in figure 2 - shutoff valve in the position of the parts at the time of opening;
- на фигуре 3 - клапан-отсекатель при максимальном открытии гидродинамической связи полости скважины со сборным коллектором;- in figure 3 - shutoff valve at the maximum opening of the hydrodynamic connection of the cavity of the well with the collector;
- на фигуре 4 - технологическая схема обвязки ствола скважины клапаном-отсекателем.- figure 4 is a flow diagram of the binding of the wellbore with a shutoff valve.
Клапан-отсекатель состоит из разъемного корпуса 1, снабженного присоединительным патрубком 2, поджимающим седло 3, установленное в расточке разъемного корпуса 1. В теле седла 3 выполнено центральное отверстие 4 с внутренней расточкой, в которой размещается толкатель 5 с коронкой 6, опирающийся через регулировочную гайку 7 на пружину 8. По периферии седла 3 выполнен ряд продольных отверстий 9.The shut-off valve consists of a
В осевом канале 10 разъемного корпуса 1 под седлом 3 установлен торцовый клапан 11 с полым штоком 12, который поджимается к седлу 3 пружиной 13, нижний конец которого образует подвижное соединение с телом стакана 14, находящимся в осевом канале 10 разъемного корпуса 1 и образующим с ним подвижное соединение. Торцовый клапан 11 имеет внутреннюю проточку 15, в которой размещается коронка 6 толкателя 5 с возможностью торцового контакта с его телом. Стакан 14 снабжен несколькими выступами 16 на внешней стороне, выходящими в соответствующие продольные пазы 17, выполненные в теле разъемного корпуса 1. Выступы 16 выходят за пределы разъемного корпуса 1 и располагаются свободно в расточке 18 обоймы 19 между внутренним кольцевым выступом 20 обоймы 19 и торцом гайки 21, которая связана с полым корпусом 1 соединительной резьбой 22, выполненной на наружной поверхности разъемного корпуса 1. В осевом канале 23 стакана 14 установлен свободно отбойник 24, опирающийся через пружину 25 на регулировочную гайку 26, с осевым 27 и радиальными 28 отверстиями, соединяющими осевой канал 23 стакана 14, с осевым каналом 10 разъемного корпуса 1 ниже стакана 14.In the
Отбойник 24 на внешней стороне имеет регулировочную шторку 29 с перфорационными отверстиями 30 и рядом продольных пазов 31 по периметру. При этом отбойник 24 образует подвижное соединение с телом стакана 14.The
В теле седла 3, в центральном отверстии 4 выполнена кольцевая расточка 32, снабженная уплотнительным кольцом 33. Осевой канал 10 разъемного корпуса 1, над телом стакана 14 герметизирован уплотнительными кольцами 34 и 35, установленными в проточках в теле стакана 14, с обеспечением герметизации кольцевых зазоров с разъемным корпусом 1 и телом полого штока 12 соответственно.In the body of the
В рабочем положении коронка 6 толкателя 5 отжата от торца торцового клапана 11 пружиной 13 и образует зазор.In the working position, the
Площадь сечения тела толкателя 5 принимается больше разности площадей сечения торцового клапана 11 и полого штока 12.The cross-sectional area of the body of the
Работа устройстваDevice operation
Клапаном-отсекателем оборудуются скважины нефтяных месторождений с высоковязкой нефтью, разрабатываемые шахтным способом с применением тепловых методов воздействия на пласт. Клапан-отсекатель устанавливается вертикально на стволе горизонтальной скважины, выходящим в сборный коллектор, размещенный в тоннеле.The shutoff valve is used to equip wells of high-viscosity oil fields developed by the mine method using thermal methods of stimulating the formation. The shutoff valve is mounted vertically on the horizontal wellbore, which extends into a prefabricated manifold located in the tunnel.
Клапан-отсекатель в сборе присоединительной резьбой на теле присоединительного патрубка 2 связывается со стволом горизонтальной скважины.The shut-off valve assembly by connecting thread on the body of the connecting
При подаче избыточного давления со стороны скважины внутрь устройства оно действует на площадь сечения толкателя 5 и кольцевую площадь торцового клапана 11. При превышении усилия предварительного сжатия пружины 8 толкатель 5 начинает перемещаться в сторону торцового клапана 11, с входом с ним в торцовый контакт (фиг. 2). При дальнейшем росте давления и создании расчетного осевого усилия (давление открытия), толкатель 5 отжимает торцовый клапан 11 от седла 3, с образованием между ними зазора, куда начинает поступать пластовая жидкость из осевого канала 10 разъемного корпуса 1, с воздействием сверху на внутреннюю торцовую поверхность торцового клапана 11 по внутренней проточке 15. Избыточное давление воспринимается также площадью сечения тела полого штока 12, что приводит к его перемещению вниз, с дополнительным сжатием пружины 13 и открытием большего зазора между седлом 3 и торцовым клапаном 11, для свободного пропуска пластовой жидкости в осевой канал полого штока 12. Одновременно толкатель 5 усилием пружины 8 возвращается в исходное положение (фиг. 3). Поток пластовой жидкости, истекающий из осевого канала полого штока 12, подается на отбойник 24, откуда через перфорационные отверстия 30 в регулировочной шторке 29 истекает в осевой канал 23 стакана 14. Далее через продольные пазы 31 отбойника 24 она пропускается к осевым отверстиям 27, откуда через радиальные отверстия 28 в теле регулировочной гайки 26 попадает в осевой канал разъемного корпуса 1 и далее в сборный коллектор. При максимальном динамическом напоре струи пластовой жидкости, истекающей из осевого канала полого штока 12, отбойник 24 перемещается в осевом канале 23 стакана 14, с сжатием пружины 13 и изменением зазора между отбойником 24 и торцом полого штока 12.When excess pressure is applied from the side of the well into the device, it acts on the cross-sectional area of the
Установка отбойника 24 смягчает осевое усилие, передаваемое пружине 13 при резком отрыве торцового клапана 11 от седла 3, когда пластовая жидкость при максимальном перепаде давления воздействует на торцовый клапан 11 с полым штоком 12. При восприятии динамического напора со стороны струи пластовой жидкости отбойник 24 сжимает пружину 25 и совершает колебательные движения вдоль оси стакана 14, которые накладываются на поток пластовой жидкости, истекающей через осевой канал 10 разъемного корпуса 1 в сборный коллектор.The installation of the
Истечение пластовой жидкости через устройство происходит со снижением давления в стволе скважины. При расчетном перепаде давления (давление закрытия), усилием сжатой пружины 13 торцовый клапан 11 вместе с полым штоком 12 возвращаются в исходное положение, с посадкой на седло 3 и прекращением подачи пластовой жидкости из ствола скважины через устройство в сборный коллектор.The outflow of formation fluid through the device occurs with a decrease in pressure in the wellbore. When the calculated pressure drop (closing pressure), the force of the
Происходит накопление пластовой жидкости в стволе скважины с ростом давления до расчетного значения открытия, при котором происходит срабатывание устройства с повторением процесса.There is an accumulation of formation fluid in the wellbore with increasing pressure to the calculated opening value, at which the device is triggered with a repetition of the process.
Настройку режима работы устройства производят: изменением усилия предварительного сжатия пружины 8, воздействующей на толкатель 5 - вращением регулировочной гайки 7; меняют усилие прижатия торцового клапана 11 к седлу 3 изменением предварительного сжатия пружины 13 путем совместного вращения обоймы 19 с гайкой 21, с воздействием на выступы 16 стакана 14 и перемещением их в продольных пазах 17 разъемного корпуса 1, перемещением стакана 14 в осевом канале 10 разъемного корпуса 1; вращением регулировочной гайки 26 осуществляют ее осевое перемещение вместе с отбойником 24 в направлении полого штока 12 или обратно с воздействием на поток жидкости.The operation mode of the device is produced by: changing the pre-compression force of the
Такую настройку ведут с учетом известных параметров добычи - максимального расхода, перепада давления, дебита, глубины скважины, перед монтажом устройства на стволе скважины.Such a setting is carried out taking into account the well-known production parameters - maximum flow rate, differential pressure, flow rate, well depth, before installing the device on the wellbore.
В процессе работы изменение режима работы устройства осуществляется совместным вращением обоймы 19 с гайкой 21 через взаимодействие с выступами 16 на теле стакана 14, осуществляют его перемещение в осевом канале 10 разъемного корпуса 1, с поджимом пружиной 13 торцового клапана 11 к седлу 3 - без демонтажа устройства с места установки и остановки работы.In the process of changing the operating mode of the device by rotating the
Пример расчета клапана-отсекателя:Calculation example of a shut-off valve:
Проведем расчет клапана-отсекателя для оснащения горизонтальной скважины нефтяного месторождения, разрабатываемого шахтным способом с применением тепловых методов воздействия на пласт (см. схему на фиг. 4).We will calculate the shut-off valve for equipping a horizontal well of an oil field developed by a mine method using thermal methods of stimulating the formation (see the diagram in Fig. 4).
Исходные условия:Baseline:
- длину горизонтального участка скважины принимаем равным: L=250 м;- the length of the horizontal section of the well is taken equal to: L = 250 m;
- угол наклона в сторону галерей: α=5°;- angle of inclination towards the galleries: α = 5 °;
Определяем высоту H=L⋅tg(α) и гидростатическое давление (Ргс) столба пластового флюида (нефти):We determine the height H = L⋅tg (α) and the hydrostatic pressure (P g ) of the column of reservoir fluid (oil):
где: ρ - плотность пластового флюида (нефти), кг/м3;where: ρ is the density of the reservoir fluid (oil), kg / m 3 ;
g - ускорение свободного падения, g=9,81 м/с2;g is the acceleration of gravity, g = 9.81 m / s 2 ;
Н - высота столба жидкости в скважине, м;N - the height of the liquid column in the well, m;
L - длина ствола скважины по горизонтали, м;L is the horizontal length of the wellbore, m;
α - угол наклона ствола скважины к горизонту в сторону галерей;α is the angle of inclination of the wellbore to the horizon towards the galleries;
tg(α) - тангенс угла наклона ствола скважины.tg (α) is the slope of the wellbore.
Приняв среднюю плотность нефти равной ρ=850 кг/м3, определим гидростатическое давление:Taking the average density of oil equal ρ = 850 kg / m 3 , we determine the hydrostatic pressure:
Ргс=ρ⋅g⋅L⋅tg(α)=850⋅9,81⋅250⋅tg(5°)⋅10-6=0,18 МПа,R gs = ρ⋅g⋅L⋅tg (α) = 850⋅9.81⋅250⋅tg (5 °) ⋅10 -6 = 0.18 MPa,
Давление пара на конце ствола скважины над уровнем жидкости примем равным Рп=0,15 МПа (1,5 кгс/см2). Таким образом, при заполненном нефтью стволе скважины и принятым давлением пара над ней, суммарное давление на клапан-отсекатель составит:The vapor pressure at the end of the wellbore above the fluid level will be equal to R p = 0.15 MPa (1.5 kgf / cm 2 ). Thus, when the wellbore is filled with oil and the vapor pressure above it is accepted, the total pressure on the shutoff valve will be:
Pоткр.=Ргс+Рп=0,18+0,15=0,33 МПа.P open = P gf + P p = 0.18 + 0.15 = 0.33 MPa.
Примем это давление в качестве расчетного давления, при котором произойдет открытие клапана-отсекателя с выпуском пластового флюида из ствола скважины в сборный коллектор: Роткр. - давление открытия клапана, МПа.We take this pressure as the design pressure at which the shut-off valve will open with the release of formation fluid from the wellbore into the collection reservoir: P open. - valve opening pressure, MPa.
Температура пара от парогенератора составляет 150-160°С, температура в стволе скважины порядка 75-80°С. При открытии клапана-отсекателя происходит адиабатическое расширение пара со снижением давления в системе. Давление закрытия клапана примем равным Рзакр.=0,1 МПа (1 кгс/см2).The temperature of the steam from the steam generator is 150-160 ° C, the temperature in the wellbore is about 75-80 ° C. When the shut-off valve is opened, adiabatic expansion of the steam occurs with a decrease in pressure in the system. The valve closing pressure is assumed to be equal to P shut . = 0.1 MPa (1 kgf / cm 2 ).
Для примера расчета примем следующие значения геометрических параметров клапана-отсекателя (номера позиций приведены по фиг. 1-3):For an example of calculation, we will take the following values of the geometric parameters of the shutoff valve (position numbers are shown in Figs. 1-3):
- диаметр тела толкателя 5: Dтолк.=35 мм (0,035 м);- body diameter of the follower 5: D sense. = 35 mm (0.035 m);
- наружный диаметр полого штока 12: Dшт.=60 мм (0,06 м);- outer diameter of the hollow rod 12: D pcs. = 60 mm (0.06 m);
- диаметр осевого канала полого штока 12: dшт.=50 мм (0,05 м);- diameter of the axial channel of the hollow rod 12: d pc. = 50 mm (0.05 m);
- наружный диаметр торцового клапана 11: Dкл.=65 мм (0,065 м).- the outer diameter of the mechanical valve 11: D CL . = 65 mm (0.065 m).
Определим площади:Define the area:
- площадь сечения толкателя 5:- cross-sectional area of the pusher 5:
- площадь сечения тела полого штока 12:- the cross-sectional area of the body of the hollow rod 12:
- площадь сечения кольцевого выступа торцового клапана 11:- the cross-sectional area of the annular protrusion of the mechanical valve 11:
Проведем расчет усилий предварительного сжатия пружин для обеспечения работы клапана в заданных технологических параметрах:We will calculate the forces of preliminary compression of the springs to ensure the operation of the valve in the given technological parameters:
Сила (F), действующая на элементы конструкции от давления жидкой (или газообразной) среды, заполняющей устройство, равна произведению давления (Р) (или перепада давления) на площадь (S), через которую давление действует:The force (F) acting on the structural elements from the pressure of the liquid (or gaseous) medium filling the device is equal to the product of pressure (P) (or differential pressure) by the area (S) through which the pressure acts:
Для открытия клапана должно выполняться условие, выраженное уравнением:To open the valve, the condition expressed by the equation must be satisfied:
где Fp.т. - осевая сила действия давления жидкости на толкатель (5) при заданном давлении открытия клапана-отсекателя, Н, равная произведению давления открытия на площадь сечения тела толкателя:where F p.t. - the axial force of the fluid pressure on the pusher (5) at a given opening pressure of the shutoff valve, N, equal to the product of the opening pressure on the cross-sectional area of the body of the pusher:
Fр.т.=Pоткр.⋅Sтолк.;F rt = P open ⋅S good. ;
Fр.кл. - осевая сила действия давления жидкости на торцовый клапан 11 при заданном давлении открытия клапана-отсекателя, Н, действующая на торцовый клапан снизу-вверх в направлении его прижатия к седлу 3 и равная произведению давления открытия на площадь сечения кольцевого выступа торцового клапана: Fp.кл.=Роткр.⋅Sкл.;F r.cl. - the axial force of the fluid pressure on the
Fпр.т. - усилие предварительного сжатия пружины 8 толкателя 5, Н;F pr. - the force of pre-compression of the
- усилие предварительного сжатия пружины 13 полого штока 12, Н.- the force of pre-compression of the
Усилием предварительного сжатия пружины 13 полого штока 12 Fпр.шт. определяется давление, при котором произойдет закрытие клапана-отсекателя, то есть - Рзакр. The pre-compression force of the
Условие закрытия клапана-отсекателя:Closing condition for shut-off valve:
где Fp.шт. - осевая сила действия давления жидкости на тело полого штока 12 со стороны скважины при заданном давлении закрытия клапана-отсекателя, Н, и равная произведению давления закрытия на площадь сечения тела полого штока 12:where F p. - the axial force of the fluid pressure on the body of the
Fр.шт.=Pзакр.⋅Sшт.;F r. = P close ⋅S pcs ;
Из уравнения 3 выразим и определим усилие предварительного сжатия пружины 8 толкателя 5, приняв усилие предварительного сжатия пружины 13 полого штока 12 равным Fпр.шт.=Рзакр.⋅Sшт.:From
Fпр.т.=Fр.т.-Fпр.шт.-Fр.кл.=Роткр.⋅Sтолк.-Рзакр.⋅Sшт.-Роткр.⋅Sкл.=0,33×106⋅9,6×10-4-0,1×106⋅8,6×10-4-0,33×106⋅4,9×10-4=69 Н (7 кгс).F pr. = F r.t. -F pr. -F r.cl. = P open ⋅S good. -R close ⋅S pcs -R open ⋅S class = 0.33 × 10 6 ⋅9.6 × 10 -4 -0.1 × 10 6 ⋅8.6 × 10 -4 -0.33 × 10 6 ⋅4.9 × 10 -4 = 69 N (7 kgf).
Усилие предварительного сжатия пружины 13 полого штока 12:The pre-compression force of the
Fпр.шт.=Рзакр.⋅Sшт.=0,1×106⋅8,6×10-4=86 Н (8,8 кгс).F pr. = P close ⋅S pcs = 0.1 × 10 6 ⋅8.6 × 10 -4 = 86 N (8.8 kgf).
Усилие предварительного сжатия пружины 8 толкателя 5 устанавливается вращением регулировочной гайки 7 перед монтажом устройства («грубая» настройка), а затем после монтажа или непосредственно в процессе работы производится настройка усилия предварительного сжатия пружины 13 полого штока 12 совместным вращением гайки 21 и обоймы 19 с перемещением стакана 14 (точная настройка). Таким образом, устройство позволяет производить точную регулировку и настройку технологического режима работы (давления открытия и закрытия) в процессе эксплуатации без остановки скважины и без демонтажа устройства.The pre-compression force of the
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017113482A RU2644312C1 (en) | 2017-04-18 | 2017-04-18 | Cutoff valve |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017113482A RU2644312C1 (en) | 2017-04-18 | 2017-04-18 | Cutoff valve |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2644312C1 true RU2644312C1 (en) | 2018-02-08 |
Family
ID=61173822
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017113482A RU2644312C1 (en) | 2017-04-18 | 2017-04-18 | Cutoff valve |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2644312C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108414028A (en) * | 2018-05-23 | 2018-08-17 | 湖南农业大学 | Weir hydraulic parameters measuring device |
RU2779979C1 (en) * | 2022-04-15 | 2022-09-16 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" | Bypass valve |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU874993A1 (en) * | 1979-06-15 | 1981-10-23 | Особое Конструкторское Бюро По Проектированию Нефтегазодобывающих Машин И Оборудования Министерства Химического И Нефтяного Машиностроения | Deep-wellclosure valve |
US4858644A (en) * | 1988-05-31 | 1989-08-22 | Otis Engineering Corporation | Fluid flow regulator |
RU2514328C1 (en) * | 2012-12-03 | 2014-04-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Throttle control device |
RU2516708C2 (en) * | 2012-04-10 | 2014-05-20 | Закрытое акционерное общество "Газтехнология" | Subsurface safety valve |
RU2533394C1 (en) * | 2013-08-01 | 2014-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром ПХГ" | Cut-off valve |
-
2017
- 2017-04-18 RU RU2017113482A patent/RU2644312C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU874993A1 (en) * | 1979-06-15 | 1981-10-23 | Особое Конструкторское Бюро По Проектированию Нефтегазодобывающих Машин И Оборудования Министерства Химического И Нефтяного Машиностроения | Deep-wellclosure valve |
US4858644A (en) * | 1988-05-31 | 1989-08-22 | Otis Engineering Corporation | Fluid flow regulator |
RU2516708C2 (en) * | 2012-04-10 | 2014-05-20 | Закрытое акционерное общество "Газтехнология" | Subsurface safety valve |
RU2514328C1 (en) * | 2012-12-03 | 2014-04-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Throttle control device |
RU2533394C1 (en) * | 2013-08-01 | 2014-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром ПХГ" | Cut-off valve |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108414028A (en) * | 2018-05-23 | 2018-08-17 | 湖南农业大学 | Weir hydraulic parameters measuring device |
CN108414028B (en) * | 2018-05-23 | 2024-03-22 | 湖南农业大学 | Hydraulic parameter measuring device for water measuring weir |
RU2779979C1 (en) * | 2022-04-15 | 2022-09-16 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" | Bypass valve |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20060157255A1 (en) | Downhole safety valve | |
EP3230556B1 (en) | A bellows valve and an injection valve | |
RU2672898C1 (en) | Cutoff valve | |
RU2516708C2 (en) | Subsurface safety valve | |
US10161232B2 (en) | Lift valve with bellow hydraulic protection and chatter reduction | |
EP2666957A2 (en) | Gas lift valve with ball-orifice closing mechanism and fully compressible dual edge-welded bellows | |
RU2529074C2 (en) | Throttle with automatic cleaning of throttling channel | |
RU2644312C1 (en) | Cutoff valve | |
MX2010011302A (en) | Pressure control system. | |
US3973586A (en) | Velocity-tubing pressure actuated subsurface safety valve | |
US3999574A (en) | Hydraulic safety stop-valve | |
US4173256A (en) | Subsurface safety valve | |
RU2533394C1 (en) | Cut-off valve | |
RU2539504C1 (en) | Device for injection of fluid into bed | |
RU2693211C1 (en) | Circulating valve | |
RU2656536C1 (en) | Cutoff valve | |
US3045760A (en) | Storm choke | |
RU2685361C1 (en) | Well cutoff valve | |
CN115836153A (en) | Restrictor with single crystal flow conduit | |
US3105509A (en) | Well chamber valve | |
CA2540997A1 (en) | Downhole safety valve | |
RU2679153C1 (en) | Cutoff valve | |
RU2813603C1 (en) | Check valve for casing strip | |
US3270765A (en) | Gas lift valves | |
RU2441141C1 (en) | Device for control over fluid withdrawal in well operation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190419 |