ВНУТРИСКВАЖИННЫЙ КЛАПАН-ОТСЕКАТЕЛЬ
SUB-SURFACE SAFETY VALVE

Изобретение относится нефтегазодобывающей промышленности, а именно к клапану-отсекателю в компоновке с пакером, и может быть использовано для разобщения подпакерной и надпакерной зоны нефтяной или газовой скважины с широким диапазоном пластовых давлений и газового фактора во время проведения ремонтных или профилактических работ с подземным оборудованием.
Известен клапан-отсекатель, используемый для проведения ремонта скважин, устанавливаемый в составе лифтовой колонны труб над гидравлическим устройством, состоящий из разъемного корпуса, в осевом канале которого установлен полый плунжер с кольцевым выступом, опирающимся на пружину, и в осевом канале полого плунжера выполнен упор, на который установлена втулка с отверстиями, соединяющими полость под полым плунжером с полостью над седлом, а между полым плунжером и разъемным корпусом выполнена кольцевая камера, RU №2533394 C1, Е21В 34/06, F16K 15/06, 20.11.2014.
Известен клапан-отсекатель для газовой скважины, содержащий корпус с седлом, запорный орган, узел управления запорным органом, включающий подпружиненный шток с осевым каналом, установленный в корпусе с возможностью осевого перемещения и образующий с корпусом кольцевую полость для подачи управляющего агента, RU №2311578 С1, Е21В 34/06, F16K 3/04, 27.11.2007.
Известен клапан-отсекатель с установочным приспособлением для газовой скважины в условиях аварийной ситуации, содержащий корпус с седлом, запорный орган, узел управления запорным органом в виде подпружиненного штока, установленного в корпусе с возможностью осевого перемещения, проточку с ниппельным профилем, выполненную в корпусе над узлом управления запорным органом, и расширительную втулку, выполненную в виде цилиндрической пружины, размещенную автономно в зоне запорного органа и установленную с помощью приспособления, RU №94279 U1, Е21В 34/06, 20.05.2010; RU №93874 U1, Е21В 34/06, 10.05.2010.
Известен клапан-отсекатель, содержащий корпус, установленный в корпусе подпружиненный шток с поршнем, кольцевую гидравлическую камеру, сообщенную с трубкой подвода жидкости, и тарельчатый затвор, выполненный с возможностью перехода в открытое положение при подводе жидкости в кольцевую гидравлическую камеру, RU №2160357 С2, Е21В 34/06, 10.12.2000.
Известен клапан-отсекатель газовый, включающий затвор и расположенную над ним и образующую с корпусом замкнутую камеру, подвижную втулку с кольцевым поршнем, связанную с затвором с возможностью перевода его в положение "закрыто" при движении поршня в направлении увеличения объема камеры, RU №2312203 С2, Е21В 34/06, 10.12.2007; RU №2194845 С2, Е21В 34/06, 20.12.2002; RU №2102582 C1, Е21В 34/06, 20.01.1998; RU №2007547 C1, Е21В 34/06, 15.02.1994.
Известен клапан-отсекатель, содержащий корпус с размещенным в нем запорным органом, содержащим манжету, выполненную из нефтестойкой резины, обратный клапан и заглушенное отверстие, при этом корпус закреплен на металлической трубе, в которой выполнены перепускные отверстия и паз, а над корпусом размещен пакер, кроме того, в корпусе и в запорном органе выполнен проходной канал, сообщающий пространства эксплуатационной колонны выше и ниже клапана-отсекателя в положении «открыто», RU №127123 U1, Е21В 34/06, 20.04.2013.
Известен клапан-отсекатель, содержащий корпус с осевым каналом и размещенным в корпусе запорным элементом, выполненным в виде полого дифференциального поршня с размещенной в нижней его части цангой, и снабженный направляющим цилиндром, установленным в корпусе с образованием кольцевого зазора, RU №2145024 C1, Е21В 34/08, F16K 17/34, 27.01.2000.
Известен клапан-отсекатель, содержащий корпус, шток, цангу, запорный орган, втулку-толкатель с кольцевым буртиком на наружной поверхности, пружину, взаимодействующую с кольцевым буртиком втулки-толкателя, втулку упорную, размещенную в кольцевой полости между втулкой-толкателем, запорным органом и корпусом, RU №2293839 C1, Е21В 34/06, 20.02.2007.
Известен клапан-отсекатель, расположенный в корпусе и содержащий запорный элемент, включающий седло и шар, взаимодействующий с толкателем насоса и имеющий возможность перемещения вдоль оси корпуса, RU №2191253 C1, Е21В 34/06, 20.10.2002; RU №2172815 С1, Е21В 34/06, 27.08.2001.
Известен скважинный клапан-отсекатель, содержащий корпус с размещенным в нем запорным органом, упором и возвратной пружиной, сообщающие подпакерную и надпакерную зоны в положении "открыто", проходные каналы в корпусе и в запорном органе, обратный клапан и узел фиксации запорного органа, жестко закрепленный в корпусе и связанный с быстроразъемным соединением, при этом узел фиксации запорного органа совмещен с быстроразъемным соединением и выполнен в виде закрепленного в корпусе ловителя, при этом запорный орган выполнен в виде поршня, а обратный клапан - в виде перевернутого шарикового клапана, RU №2227205 С2, Е21В 34/06, 20.04.2004; RU №2224087 С2, Е21В 34/06, 20.02.2004.
Известен универсальный внутрискважинный клапан-отсекатель, содержащий корпус с проходным осевым каналом, в котором размещен запорный узел и расположены цанговые фиксаторы с разворотом на 180° относительно друг друга, RU №2169829 C1, Е21В 34/06, 27.06.2001.
Известен скважинный клапан-отсекатель, содержащий корпус с закрепленным в нем запорным узлом, состоящим из двух дисков с соосными отверстиями и имеющим возможность разворота дисков относительно друг друга на определенный угол для разобщения соосных отверстий, и механизм управления, RU №2112863 C1, Е21В 34/06, 10.06.1998; RU №2107152 C1, Е21В 34/06, 20.03.1998; RU №2099505 С1, Е21В 34/06, 20.12.1997; RU №2011797 C1, Е21В 34/06, 30.04.1994.
Известные клапаны-отсекатели и устройства для них имеют индивидуальное конструктивное выполнение, технические возможности эксплуатации зависят от типа скважины, оборудования для них и режимов работы.
Известен клапан-отсекатель, содержащий корпус, направляющий цилиндр, установленный в корпусе с образованием кольцевого зазора, запорное устройство, расположенное в направляющем цилиндре и включающее управляемый клапан и запорный элемент в виде полого поршня с наружной поверхностью, сопряженной с внутренней поверхностью направляющего цилиндра, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно направляющего цилиндра, механизм переключения и фиксации в виде стержня с продольной канавкой на наружной цилиндрической поверхности, установленный под запорным устройством и снабженный фиксатором в виде двух штифтов, RU №22174 U1, Е21В 34/06, 10.03.2002.
Данное техническое решение принято в качестве ближайшего аналога настоящего изобретения.
В ближайшем аналоге механизм переключения и фиксации в виде стержня с продольной канавкой на наружной цилиндрической поверхности и с фиксатором в виде двух штифтов обеспечивает повышение надежности клапана-отсекателя, однако при изменении режима перемещения механизм переключения и фиксации не обеспечивается гарантированное положение в рабочей канавке фиксатора, поскольку в заготовке корпуса имеются геометрические отклонения от идеального круга, что приводит к смещению фиксатора, снижению эксплуатационных качеств и ограничению режимов работы клапана-отсекателя ближайшего аналога.
Кроме того, в боковой стенке направляющего цилиндра и в верхней части запорного элемента выполнены отверстия и при эксплуатации клапана-отсекателя при прохождении отверстий запорного элемента через отверстия направляющего цилиндра уплотнения в виде уплотнительных колец срезаются, что снижает его эксплуатационные качества и ресурс.
Кроме того, сопрягаемые детали клапана-отсекателя не покрыты износостойким материалом, что сокращает его эксплуатационный ресурс.
В основу настоящего изобретения положено решение задачи, позволяющей повысить и расширить эксплуатационные качества, увеличить ресурс клапана-отсекателя при внутрискважинной его эксплуатации.
Технический результат настоящего изобретения заключается в снижении износа сопрягаемых деталей, в исключении среза уплотнительных колец в теле поршня, в обеспечении возможности «выворота» штифтов из пазов фиксатора при быстром перемещении механизма переключения и фиксации.
Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что внутрискважинный клапан-отсекатель содержит корпус, направляющий цилиндр, запорное устройство, механизм переключения и фиксации в виде стержня с продольной канавкой на наружной цилиндрической поверхности.
Направляющий цилиндр установлен в корпусе с образованием кольцевого зазора.
Запорное устройство расположено в направляющем цилиндре и включает управляемый клапан и запорный элемент в виде полого поршня.
Наружная поверхность запорного элемента сопряжена с внутренней поверхностью направляющего цилиндра.
Запорный элемент установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно направляющего цилиндра.
Механизм переключения и фиксации в виде стержня установлен под запорным устройством и снабжен фиксатором в виде двух штифтов.
Направляющий цилиндр выполнен составным и содержит два направляющих цилиндра.
Запорное устройство содержит узел пропуска жидкости в виде втулки.
На втулке выполнены продольные прорези вдоль оси, соединяющие первый и второй направляющие цилиндры посредством муфтового устройства.
Муфтовое устройство выполнено с отверстием с фасками.
На запорном элементе в виде полого поршня выполнены продольные прорези, разделяющие его на две части.
В теле поршня в каждой его части установлены уплотнительные кольца.
Полый поршень одной из его частей соединен с механизмом переключения и фиксации.
Механизм переключения и фиксации содержит узел фиксации штифтов в виде муфты.
Муфта расположена в продольных канавках.
Муфта имеет возможность размещения головки штифта в геометрически выверенных размерах.
Муфта соединяет две части корпуса.
Корпус выполнен составным.
Каждая из частей составного корпуса образует единый кольцевой зазор с каждым из направляющих цилиндров соответственно.
При этом внутренняя поверхность каждого из направляющих цилиндров, узел пропуска жидкости в виде втулки, муфтовое устройство с отверстием с фасками в нем, наружная поверхность запорного элемента в виде полого поршня и тело поршня, наружная поверхность стержня механизма переключения и фиксации покрыты износостойким материалом.
Заявителями не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «новизна».
За счет реализации отличительных признаков изобретения (в совокупности с признаками, указанными в ограничительной части формулы) достигаются важные новые свойства объекта.
Выполнение направляющего цилиндра составным из двух направляющих цилиндров, а запорного устройства с запорным элементом в виде полого поршня из двух его частей и наличие узла пропуска жидкости в виде втулки и муфтового устройства исключают срез уплотнительных колец, что повышает эксплуатационные качества клапана-отсекателя.
Выполнение механизма переключения и фиксации с узлом фиксации штифтов в виде муфты, расположенной в продольных канавках, имеющей возможность размещения головки штифта в геометрически выверенных размерах и соединяющей две части корпуса, выполненного составным корпусом, обеспечивает возможность «выворота» штифтов из пазов фиксатора при быстром перемещении механизма переключения и фиксации, что расширяет эксплуатационные качества клапана-отсекателя.
Покрытия износостойким материалом сопрягаемых деталей, таких как внутренняя поверхность каждого из направляющих цилиндров, узел пропуска жидкости в виде втулки, муфтовое устройство с отверстием с фасками в нем, наружная поверхность запорного элемента в виде полого поршня и тело поршня, наружная поверхность стержня механизма переключения и фиксации, снижают их износ, что увеличивает ресурс клапана-отсекателя при внутрискважинной его эксплуатации.
Заявителям не известны какие-либо публикации, которые содержали бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. В связи с этим, по мнению заявителей, можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется чертежами:
на фиг. 1 - Внутрискважинный клапан-отсекатель, разрез;
на фиг. 2 - Узел пропуска жидкости с муфтовым устройством, разрез;
на фиг. 3 - Муфта соединения составного корпуса и фиксации штифтов, разрез;
на фиг. 4 - Развертка механизма переключения и фиксации, схематично.
На чертежах представлено:
Составной корпус - 1,
одна часть корпуса (корпуса 1) - 2,
вторая часть корпуса (корпуса 1) - 3.
Составной направляющий цилиндр (в корпусе 2) - 4,
первый направляющий цилиндр (цилиндра 4) - 5,
второй направляющий цилиндр (цилиндра 4) - 6.
Запорное устройство (в цилиндре 4) - 7.
Управляемый клапан (устройства 7) - 8.
Запорный элемент в виде полого поршня (устройства 7) - 9,
продольные прорези (на поршне элемента 9) -10,
одна часть полого поршня (элемента 9) - 11,
уплотнительные кольца (в теле поршня 11) - 12,
вторая часть полого поршня (элемента 9) - 13,
уплотнительные кольца (в теле поршня 13) - 14.
Узел пропуска жидкости в виде втулки (устройства 7) - 15,
продольные прорези (на втулке 15) - 16.
Муфтовое устройство (для соединения цилиндров 5 и 6) - 17,
отверстие с фасками (в устройстве 17) - 18.
Механизм переключения и фиксации в виде стержня (соединен с поршнем 13) - 19,
продольная канавка (на стержне 19) - 20.
Фиксатор в виде двух штифтов (механизма 19) - 21.
Муфта (фиксации штифтов 21 и соединения корпусов 2 и 3) -22.
Единый кольцевой зазор (между корпусом 1 и цилиндром 4) - 23.
Внутрискважинный клапан-отсекатель содержит корпус 1, направляющий цилиндр 4, запорное устройство 7, механизм переключения и фиксации в виде стержня 19 с продольной канавкой 20 на наружной цилиндрической поверхности.
Направляющий цилиндр 4 установлен в корпусе 1 с образованием кольцевого зазора 23.
Запорное устройство 7 расположено в направляющем цилиндре 4 и включает управляемый клапан 8 и запорный элемент 9 в виде полого поршня.
Наружная поверхность запорного элемента 9 сопряжена с внутренней поверхностью направляющего цилиндра 4.
Запорный элемент 9 установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно направляющего цилиндра 4.
Механизм переключения и фиксации 19 в виде стержня установлен под запорным устройством 7 и снабжен фиксатором 21 в виде двух штифтов.
Направляющий цилиндр 4 выполнен составным и содержит два направляющих цилиндра 5 и 6.
Запорное устройство 7 содержит узел пропуска жидкости в виде втулки 15.
На втулке 15 выполнены продольные прорези 16 вдоль оси, соединяющие первый 5 и второй 6 направляющие цилиндры посредством муфтового устройства 17.
Муфтовое устройство 17 выполнено с отверстием с фасками 18.
На запорном элементе 9 в виде полого поршня выполнены продольные прорези 10, разделяющие его на две части 11 и 13.
В теле поршня 9 в каждой его части 11 и 13 установлены уплотнительные кольца 12 и 14.
Полый поршень 9 одной из его частей 13 соединен с механизмом переключения и фиксации 19.
Механизм переключения и фиксации 19 содержит узел фиксации штифтов в виде муфты 22.
Муфта 22 расположена в продольных канавках 20.
Муфта 22 имеет возможность размещения головки штифта в геометрически выверенных размерах.
Муфта 22 соединяет две части корпуса 2 и 3.
Корпус 1 выполнен составным.
Каждая из частей 2 и 3 составного корпуса 1 образует единый кольцевой зазор 23 с каждым из направляющих цилиндров 5 и 6 соответственно.
При этом внутренняя поверхность каждого из направляющих цилиндров 5 и 6, узел пропуска жидкости в виде втулки 15, муфтовое устройство 17 с отверстием с фасками 18 в нем, наружная поверхность запорного элемента в виде полого поршня 9 и тело поршня, наружная поверхность стержня механизма переключения и фиксации 19 покрыты износостойким материалом.
Внутрискважинный клапан-отсекатель работает следующим образом.
Принцип действия внутрискважинного клапана-отсекателя основан на использовании постоянного противодавления с забоя скважины на запорный элемент 9 и конструктивном выполнении механизма переключения и фиксации 19.
Положение «открыто» соответствует положению т. А в контакте со штифтом 21 (фиг. 4).
При этом Р подпак. зоны = Р надпак. зоны.
При создании противодавления с устья скважины управляемый клапан 8 закрывается и запорный элемент 9 по направляющему цилиндру 4 перемещается вниз до точки т.В.
При снятии противодавления с устья под действием Р подпак. зоны > Р надпак. зоны запорный элемент 9 перемещается в положение т. С1, что соответствует полной фиксации клапана в положении «закрыто».
При создании с устья скважины давления обеспечивающего условия Р надпак. зоны > Р подпак. зоны запорный элемент 9 перемещается до контакта штифта 21 с т. В1.
При снятии давления с устья скважины и с условием Р подпак. зоны >> Р надпак. зоны запорный элемент 9 перемещается до контакта штифта 21 с т. А1.
Опрессованный и испытанный клапан (подтвержден техническим паспортом завода-изготовителя и актом проверки на стенде заказчика) монтируют в компоновку совместно с пакером (не показан) и разъединителем колонн (не показан).
При использовании механического пакера последовательность сочленения элементов компоновки по схеме «снизу-вверх»:
- хвостовик (труба НКТ расчетной длины и диаметра) посредствам переводника присоединяют к механическому пакеру,
- к пакеру посредством переводника присоединяют клапан-отсекатель по схеме «длинной муфтой» вверх,
- к клапану-отсекателю со стороны «длинной муфты» посредством переводника присоединяют разъединитель колонн.
При использовании гидравлического пакера последовательность сочленения элементов компоновки по схеме «снизу-вверх»:
- хвостовик (труба НКТ расчетной длины и диаметра) посредством переводника присоединяют к клапану-отсекателю, при этом «длинная» муфта клапана-отсекателя находится вверху,
- к клапану-отсекателю присоединяют гидравлический пакер,
- к пакеру посредствам переводника присоединяют разъединитель колонн «расцеп».
Производят спуск компоновки в скважину. Клапан-отсекатель находится в положении «открыто».
Производят установку (распакеровку) пакера в расчетном интервале скважины и опрессовку водой на давление, указанное в плане работ на ремонт скважин.
Далее проводят работы с устья скважины по разъединению технологической колонны НКТ посредствам расцепа и извлечение колонны НКТ из скважины.
При этом клапан-отсекатель находится в положении «промежуточного закрытия» т. В (фиг. 4).
При извлечении инструмента (при условии отсутствия долива скважины) клапан-отсекатель переходит в положение «закрыто» т. С.
Открытие клапана-отсекателя производится подачей давления в затрубное пространство Р над.пак. >> Р под.пак. (согласно расчетам), при этом запорный элемент 9 переходит в положение т. В1.
Подземное оборудование запускают в работу, при этом запорный элемент 9 переходит в положение т. А1 - клапан-отсекатель открыт.
Технические характеристики и схема управления внутрискважинным клапаном-отсекателем позволяет применять его на скважинах с широким диапазоном пластовых давлений и газового фактора.
В предложенном внутрискважинном клапане-отсекателе использованы детали и узлы, широко применяемые в скважинной арматуре, а проведенные опытные испытания обусловливают, по мнению заявителей, его соответствие критерию «промышленная применимость».
Предложенный внутрискважинный клапан-отсекатель позволяет:
- повысить эксплуатационные качества;
- расширить эксплуатационные качества;
- увеличить ресурс клапана-отсекателя при внутрискважинной его эксплуатации.