СКВАЖИННЫЙ УПРАВЛЯЕМЫЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ КЛАПАН
DOWNHOLE CONTROLLED ELECTROMECHANICAL VALVE

Предлагаемое изобретение относится к технике нефтепромыслового оборудования и может быть использовано с электроцентробежными насосами для одновременно-раздельной эксплуатации пластов и при текущем ремонте скважин без их глушения.
Известна насосная установка для одновременно-раздельной эксплуатации многопластовой скважины [Патент РФ №2563262, МПК Е21В 43/12 и Е21В 43/14, опубликован 20.09.2015], содержащая наземную станцию управления, электродвигатель центробежного насоса с питающим кабелем, телемеханическую систему, включающую блоки регулирования притока и учета пластовых продуктов и регулируемые электроприводные клапаны, электроприводы которых питаются через дополнительный кабель, подвижные соединения концевых штуцеров и гладких ниппелей, образующих телескопическое соединение стыковочного узла.
Предлагаемая насосная установка, безусловно, выполняет все предусмотренные функции одновременно-раздельной эксплуатации пластов в скважине. Однако телескопическое соединение не обеспечивает отсечения пластов и глушение скважины для ремонта насосного оборудования. К тому же установка требует отдельные кабели, питающие электропривод регулируемого клапана и блок телемеханики и контроля притока и учета состава добываемой жидкости, что приводит к необходимости прокладки и крепления их рядом с силовым кабелем для питания электродвигателя ЭЦН и соответственно перетиранию их при спуске в горизонтальные скважины.
Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков.
Эта цель достигается тем, что дополнительно к управляемому электромеханическому клапану герметично подсоединена штуцерная трубка с внутренним зазором, в котором проходит трубка для измерения пластового давления, состыкованная с проходным каналом в полом штоке и герметично соединенная с вспомогательным клапаном, штуцерная трубка сверху выполнена с радиальными выходными отверстиями, а снизу - с каплевидными штуцерами, в нижнем торце штуцерная трубка заглушена герметичной пробкой, внутри которой проходит нижний конец уплотняемой трубки для измерения пластового давления, напротив штуцеров в ниппеле выполнена проточка, гидравлически соединенная через штуцеры с входными каналами в ниппеле.
На фиг. 1 показан разрез общего вида скважинного управляемого электромеханического клапана: 1 - корпус; 2 - переводник присоединительный; 3 - типовой разъем или разъем типа «мокрый контакт»; 4 - блок управления телеметрией и микроэлектродвигателем; 5 - микроэлектродвигатель; 6 - редуктор; 7 - гайка винтопары; 8 - шарикоподшипники; 9 - винт; 10 - датчик давления; 11 - датчик температуры; 12 - полый шток; 13 - круговая полость; 14 - радиальное отверстие в штоке; 15 - проходной канал в штоке; 16 - радиальное отверстие в корпусе для скважинного давления; 17 - дифференциальный поршень; 18 - радиальное отверстие в полом штоке для пластового давления; 19 - управляемый (основной) клапан; 20 - вспомогательный (малый) клапан; 21 - седло вспомогательного клапана; 22 - выходной канал вспомогательного клапана; 23 - выходные радиальные отверстия в корпусе; 24 - зазор между штуцерной трубкой и трубкой для пластового давления; 25 - седло управляемого клапана; 26 - выходные отверстия в штуцерной трубке; 27 - трубка для пластового давления; 28 - штуцерная трубка; 29 - каплевидные штуцеры; 30 - входные каналы; 31 - пробка; 32 - проточка в ниппеле; 33 - ниппель; 34 - уплотнения.
На фиг. 2 показан разрез общего вида скважинного управляемого электромеханического клапана в максимально открытом положении управляемого клапана и штуцерной трубки: обозначения те же, что на фиг. 1.
На фиг. 3 показано сечение по линии А в разрезе: 1 - корпус; 27 - трубка для измерения пластового давления; 28 - штуцерная трубка; 30 - входные каналы; 32 - проточка в ниппеле; 33 - ниппель.
На фиг. 4 показан фрагмент штуцерной трубки вид Б: 28 - штуцерная трубка; 29 - каплевидные штуцеры.
Предлагаемый скважинный управляемый механический клапан (фиг. 1, 2) состоит из корпуса 1, присоединительного переводника 2, уплотняемого с помощью колец 34, типового разъема или разъема типа «мокрый контакт» 3, блока управления микроэлектродвигателем и телеметрией 4, микроэлектродвигателя 5 с редуктором 6, винтопары с гайкой 7, жестко посаженной на выходной вал редуктора 6 и зацентрированной в двух шарикоподшипниках 8, внутри которой перемещается винт 9 с жестко сочлененным с уплотняемым кольцами 34 в корпусе 1 полым штоком 12 с проходным каналом 15 и радиальным отверстием 14 для гидравлической связи с круговой полостью 13 и датчиком давления 10, гидравлически связанным с круговой полостью 13 и радиальным отверстием 14 с проходным каналом 15. Датчик температуры 11 находится непосредственно на корпусе 1. Уплотняемый кольцами 34 дифференциальный поршень 17 выравнивает скважинное давление через радиальное отверстие 16 в корпусе 1 с пластовым давлением через радиальное отверстие 18 в полом штоке 12. С нижним торцом полого штока 12 герметично сочленен уплотняемый кольцами 34 вспомогательный (малый) клапан 20 со вспомогательным седлом 21, опирающимся на верхний торец штуцерной трубки 28, выполняющей функцию седлодержателя и размещенной во внутренней полости управляемого (основного) клапана 19. Вспомогательный клапан 20 окружен микрополостью с выходным каналом 22, соединяющимся гидравлически через выходные радиальные отверстия 23 в корпусе 1 со скважинным давлением. Управляемый клапан 19 сидит в седле 25, функцию седлодержателя выполняет ниппель 33. В нижнюю часть управляемого клапана 19, выполненную с герметичной полостью, ввинчена штуцерная трубка 28, в которой с небольшим зазором 24 проходит трубка 27 для измерения пластового давления, последняя верхним концом герметично состыкована с нижним концом проходного канала 15 полого штока 12. Штуцерная трубка 28 в верхней части выполнена с выходными радиальными отверстиями 26, а в нижней части - с каплевидными штуцерами 29, открывающими напротив проточек 32 в ниппеле 33 проход скважинной жидкости из входных каналов 30. Нижняя часть щтуцерной трубки 28 заглушена герметичной пробкой 31 на резьбе, внутри которой перемещается трубка 27 для измерения пластового давления на величину хода вспомогательного (малого) клапана 20 при его открытии. Пробка 31 и трубка 27 загерметизированы уплотнениями 34. Ниппель 33 оканчивается резьбой для присоединения якоря-пакера с целью разделения пластового давления и скважинного (или вышележащего пласта) при одновременно-раздельной эксплуатации пластов.
Предлагаемый скважинный управляемый электромеханический клапан (фиг. 1, 2) работает следующим образом.
Управляемый электромеханический клапан работает в компоновке с электроцентробежным насосом УЭЦН и через типовой разъем или разъем типа «мокрый контакт» питается от «нулевой точки» погружного электродвигателя ПЭД (на фиг. 1 не показан). Ниппелем 33 электромеханический клапан состыкован с якорем-пакером (также не показан). Для надежного закрытия-открытия управляемого электромеханического клапана он выполнен двухступенчатым - с вспомогательным (малым) клапаном 20, размещенным во внутренней полости управляемого (основного) клапана 19. Оба клапана герметично состыкованы с полым штоком 12 для управления последними и измерения пластового давления датчиком 10 с помощью кольцевой полости 13 и гидравлически связанным с ней радиальным отверстием 14 в полом штоке 12. Электромеханический клапан устанавливается над продуктивным пластом и заякоривается якорем-пакером с проходным каналом. Затем с наземной станции (не показанной на фиг. 1) подается команда на блок управления телеметрии 4: «открыть или частично приоткрыть» клапан 19, регулируя тем самым зазор между клапаном 19 и его седлом 23. Команда исполняется микроэлектродвигателем 5 с редуктором 6 с помощью винтопары, зацентрированной шарикоподшипниками 8 и состоящей из гайки 7 и винта 9, жестко сочлененного с полым штоком 12, передающим осевое перемещение также жестко сочлененному с ним вспомогательному клапану 20 для его открытия. Сначала вспомогательный клапан 20 выходит из седла 21, открывая выход пластовому давлению через зазор 24, штуцерную трубку 28, чуть приоткрытые каплевидные штуцеры 29 в проточке 32 и входной канал 30 (фиг. 3 и фиг. 4) в окружающую вспомогательный поршень микрополость с выходным каналом 22, сообщающимся с выходным отверстием 23 в корпусе 1 со скважинным пространством над пакером. Затем полый шток 12 продолжает двигаться вверх вместе со вспомогательным клапаном 20 до упора его выступом в верхнюю часть (потолок внутренней полости) управляемого клапана 19 и начинает открывать управляемый клапан 19. Для свободного и независимого от пластового и скважинного давлений при открытии и закрытии управляемого клапана 19 предусмотрен подвижный дифференциальный поршень 17, который выравнивает давления под управляемым клапаном 19 и над ним. Подвижный дифференциальный поршень 17 загерметизирован уплотнениями 34 относительно корпуса 1 и полого штока 12. В полости между дифференциальным поршнем 17 и управляющим клапаном 19 предусмотрено радиальное отверстие 18 в полом штоке 12 для пластового давления, а в полости над дифференциальным поршнем 17 в корпусе 1 предусмотрено проходное радиальное отверстие 16 для скважинного давления. Выравненные таким образом скважинное и пластовое давления над и под управляемым клапаном 19 совершенно не препятствуют его закрытию-открытию. Открываясь, управляемый клапан 19 одновременно перемещает штуцерную трубку 28 с выходными отверстиями 26 и с каплевидными штуцерами 29 против проточки 32 и открывает доступ жидкости из входных каналов 30, т.е. из продуктивного пласта. Таким образом, при равномерном открытии управляемого клапана 19 осуществляется плавное регулирование потока жидкости через систему «клапан-штуцер». Нелинейная квадратичная зависимость пропускания потока жидкости (дебита) скважины от линейного перемещения открывающегося клапана линеаризуется пропускной способностью системы «клапан-штуцер» за счет каплевидных штуцеров 29. С помощью трубки 27 измеряется датчиком 10 пластовое давление как в статическом (при заглушенной скважине), так и в динамическом режиме при эксплуатации продуктивного пласта. При установке второго и последующего пакеров с управляемыми клапанами над вторым и последующим пластом обеспечивается одновременно-раздельная эксплуатация пластов, разделенных пакерами. Клапан обеспечивает надежное отсечение пласта для проведения подземного ремонта скважины без ее глушения.
Технический эффект: управляемый электромеханический клапан обеспечивает надежное и плавное регулирование дебита скважины и измерение пластового давления в процессе эксплуатации пласта.