ПРОХОДНОЙ КЛАПАН-ОТСЕКАТЕЛЬ

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, в частности - к устройствам для предотвращения попадания жидкости глушения в пласт.
Из уровня техники известно Изобретение «Клапан-отсекатель проходной механический» (патент №2738553, RU, Е21В 34/06, опубликовано 14.12.2020), устройство по которому содержит: корпус, установленные внутри корпуса верхнее и нижнее седла, шар, выполненным с осевым отверстием и с возможностью вращения на осях, цангу, толкатель, с помощью которого осуществляется открытие или закрытие клапана-отсекателя. Внутри корпуса установлен поршень с возможностью сообщения его радиальных каналов с отверстиями верхнего и нижнего седел. Поршень соединен с цангой через планки, передающие вращение шару через сухари, установленные в пазах шара. Толкатель в нижней части имеет наружный выступ, взаимодействующий с верхними буртиками цанги при извлечении толкателя из корпуса для закрытия клапана-отсекателя и с нижними буртиками цанги - при установке толкателя в корпус, перемещая цангу соответственно в верхнее и нижнее положение.
Недостатком данного клапана является то, что он применим только для удержания перепада давления «сверху-вниз», т.е. для случая, когда давление над шаром больше чем под ним. Таким образом обеспечивается возможность исключения попадания жидкости глушения в пласт при проведении ремонтных работ на скважине. В то же время клапан одновременно не обеспечивает защиту от нефтегазопроявлений пласта, поскольку не удерживает перепад давления «снизу-вверх», когда давление под шаром больше чем над ним.
Известно так же изобретение «Проходной клапан-отсекатель» (патент №2190083, RU, Е21В 34/06, опубликовано 27.09.2002), техническое решение по которой содержит: корпус, в котором установлен верхний клапан, состоящий из плунжера, седла, хлопушки на оси, пружины и уплотнительных элементов. Он так же снабжен нижним клапаном, который также содержит плунжер, седло, хлопушку на оси, пружину и уплотнительные элементы. При этом наружный диаметр верхней части каждого плунжера превышает наружный диаметр нижней части. На наружной поверхности плунжеров каждого из клапанов выполнена канавка под пружинный фиксатор, установленный в седле и фиксирующий плунжер в нижнем положении «открыто». На внутренней поверхности плунжера выполнен кольцевой карман под захват инструмента для принудительного перемещения плунжера в верхнее положение «закрыто». Верхний клапан выполнен с большим проходным отверстием, чем нижний.
Недостатком изобретения по патенту 2190083 является то, что оно применимо только для удержания перепада давления «снизу-вверх», т.е. для случая, когда давление над хлопушкой меньше чем под ней. Таким образом, обеспечивается возможность проведения ремонтных и других работ в скважине без ее глушения. В то же время клапан одновременно не обеспечивает защиту пласта от попадания растворов глушения для случаев, когда необходимо проведение глушения скважины, поскольку не удерживает перепад давления «сверху-вниз», когда давление над хлопушкой больше чем под ней.
Устройство по патенту RU 2190083 является наиболее близким по технической сущности к заявляемому и принято за прототип.
Технической задачей заявленной полезной модели является расширение функциональных возможностей клапана-отсекателя за счет обеспечения герметичного разобщения зон над и под клапаном не только для случая, когда давление над клапаном меньше чем под клапаном, но и для противоположного случая - когда давление над клапаном больше чем под клапаном.
Поставленная задача решается заявляемым проходным клапаном-отсекателем, который содержит последовательно соединенные верхний и нижний клапаны, состоящие из корпуса и плунжера, выполненных с возможностью перемещения относительно друг друга, а также седла, хлопушки и возвратной пружины, установленных внутри корпуса.
Технический результат, благодаря которому решается указанная задача, достигается за счет того, что в известном проходном клапане-отсекателе для герметичного разобщения зон над и под клапаном для случая, когда давление над клапаном больше чем под клапаном применяется нижний клапан. Для этих целей нижний клапан разворачивается на 180 градусов относительно верхнего клапана таким образом, чтобы его хлопушка закрывалась при наличии перепада давления «сверху-вниз». При этом верхний клапан, хлопушка которого закрывается в случае, если давление над ней меньше чем под ней, сохраняет свою функцию по удержанию перепада давления «снизу-вверх».
Открытие хлопушек верхнего и нижнего клапанов осуществляется с помощью плунжеров, перемещающихся внутри соответствующих корпусов. При этом на работоспособность оборудования влияет техническое состояние плунжеров. Для исключения повреждения плунжеров путем удара их торцевой части о внутренние элементы клапанов при достижении их крайних положений на плунжерах установлены ограничители. Данные ограничители взаимодействуют с элементами корпуса и останавливают дальнейшее движение плунжеров в крайнем положении. Кроме того через данные ограничители производится стыковка клапана-отсекателя с другим оборудованием, находящимся в скважине: клапан-отсекатель соединяется сверху с колонной труб через ограничитель плунжера верхнего клапана, а снизу - с пакером через ограничитель плунжера нижнего клапана.
На фигурах 1, 2, 3 представлены чертежи предлагаемого проходного клапана-отсекателя.
Проходной клапан-отсекатель содержит последовательно соединенные верхний 1 и нижний 2 клапаны. Верхний клапан 1 состоит из корпуса 3, плунжера 4, а также седла 5, хлопушки 6 и возвратной пружины 7, установленных внутри корпуса 3. Нижний клапан 2 состоит из корпуса 8, плунжера 9, а также седла 10, хлопушки 11 и возвратной пружины 12, установленных внутри корпуса 8. Плунжеры 4 и 9 выполнены с возможностью перемещения относительно корпусов 3 и 8 соответственно. На плунжерах 4 и 9 установлены ограничители 13, 14, а также уступы 15, 16 соответственно. Через верхний ограничитель 13 проходной клапан соединяется с колонной труб (на фиг. не показана). Нижний клапан 2 развернут относительно верхнего клапана 1 на 180 градусов таким образом, что через нижний ограничитель 14 проходной клапан соединяется с пакером 17.
Проходной клапан-отсекатель работает следующим образом (см. фиг. 1).
Проходной клапан-отсекатель, соединенный снизу через нижний ограничитель 14 с пакером 17, а сверху через верхний ограничитель 13 последовательно с инструментом посадочным и колонной труб (на фиг. не показаны) спускается до необходимого интервала установки.
После этого производится посадка пакера 17 после чего с помощью инструмента посадочного (гидравлического или механического типа) происходит отстыковка клапана-отсекателя и пакера 17 от колоны труб. При этом под действием пружин 7 и 12 плунжеры 4 и 9 соответственно перемещаются в свои крайние положения так, что хлопушки 6 и 11 закрываются, садясь на седла 5 и 10 соответственно.
Оставшиеся в скважине клапан-отсекатель с пакером надежно разобщают пространства над и под клапаном, поскольку хлопушка 6 закрывается при наличии перепада давления «снизу-вверх», а хлопушка 11 закрывается при наличии перепада давления «сверху-вниз».
Для открытия верхнего 1 и нижнего 2 клапанов клапана-отсекателя в скважину на колонне труб спускают стыковочное устройство (на фиг. не показано), которое через инструмент посадочный соединяется с верхним ограничителем 13.
После стыковки производится частичная разгрузка веса колонны труб на верхний ограничитель 13, в результате чего он начинает перемещать жестко связанный с ним плунжер 4 вниз относительно корпуса 3 верхнего клапана 1. В процессе перемещения плунжер 4 сжимает пружину 7 и открывает хлопушку 6 (см. фиг. 2). Перемещение плунжера 4 осуществляется до упора ограничителя 13 в верхнюю часть корпуса 3 - в данном положении плунжер 4 полностью открывает хлопушку 6, при этом торцевая часть плунжера 4 с элементами корпуса 3 не взаимодействует.
При дальнейшей разгрузке веса колонны труб на верхний ограничитель 13, он начинает перемещать корпус 3, в который он упирается, а также жестко связанный с корпусом 3 корпус 8 вниз относительно нижнего плунжера 9, который зафиксирован в скважине жестко связанным с ним пакером 17. В процессе такого перемещения плунжер 9 сжимает пружину 12 и открывает хлопушку 11 (см. фиг. 3). Перемещение корпусов 3 и 8 относительно плунжера осуществляется до упора нижней части корпуса 8 в ограничитель 14 - в данном положении плунжер 9 полностью открывает хлопушку 11, при этом торцевая часть плунжера 9 с элементами корпуса 8 не взаимодействует.
В итоге происходит полное открытие проходного клапана-отсекателя - по каналу образованному внутренними полостями верхнего 4 и нижнего 9 плунжеров сообщаются области над и под клапаном.
Для закрытия клапана-отсекателя производится натяжка колонны труб. Создаваемое усилие через стыковочное устройство, инструмент посадочный и верхний ограничитель 13 последовательно передается на верхний плунжер 4, корпус 3 и корпус 8, в результате чего они начинают перемещаться вверх относительно нижнего плунжера 9. В процессе перемещения корпуса 8 вверх относительно нижнего плунжера 9 пружина 12 разжимается и поворачивает хлопушку 11 так, что она садится на седло 10 и закрывает нижний клапан 2 (см. фиг. 2). Перемещение корпуса 8 вверх относительно нижнего плунжера 9 осуществляется до упора нижней части корпуса 8 в уступ плунжера 16. При перемещении верхнего плунжера 4 вверх относительно корпуса 3 пружина 7 разжимается и поворачивает хлопушку 6, так что она садится на седло 5 и закрывает верхний клапан 1 (см. фиг. 1). Перемещение верхнего плунжера 4 вверх относительно корпуса 3 осуществляется до упора уступа плунжера 15 в верхнюю часть корпуса 3.
При дальнейшей натяжке колонны труб стыковочное устройство отсоединяется от инструмента посадочного и поднимается на поверхность вместе с колонной труб. Оставшиеся в скважине закрытый клапан-отсекатель и пакер надежно разобщают пространства над и под клапаном.
Таким образом, использование предлагаемой полезной модели позволяет расширить функционал клапана-отсекателя и исключить в его закрытом положении переток между областями над и под клапаном как для случая глушения скважины, так и для случая нефтегазопроявления пласта в незаглушенной скважине.