КЛАПАН СПЕЦИАЛЬНЫЙ ДВУХКАМЕРНЫЙ ДЛЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН УСТАНОВКАМИ ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ

Полезная модель относится к области нефтедобывающей промышленности, а именно, к клапанным механизмам скважинных электроцентробежных насосов, и предназначена для предотвращения обратного перетока жидкости из насосно-компрессорных труб (НКТ) в скважину, а также может быть использована при промывке и глушении нефтяных скважин, слива жидкости из колонны НКТ при подъемных операциях, и при депарафинизации НКТ и эксплуатационной колонны химическим реагентами и теплоносителями.
1
Известен клапанный механизм скважинного насоса (свидетельство РФ №9497 U, кл. F 04 D 15/0, Е 21 В 34/06, от 1999 г.), содержащий корпус, размещенную в нем с образованием кольцевого зазора полую цилиндрическую втулку с боковыми отверстиями, обратный клапан в виде размещенного над седлом шара, установленного под втулкой. Полость, расположенная над обратным клапаном, сообщена с полостью НКТ через кольцевой зазор и отверстия во втулке.
Недостатком данной конструкции является возрастающий пропорционально дебиту скважины интенсивный механический и абразивный износ, которому подвергается клапанная пара механизма. Механический износ обусловлен тем, что в процессе работы шар в пульсирующем режиме соприкасается с поверхностью центрирующего узла, а при остановке скважины ударяется о фаску седла, подвергая седло периодической ударной нагрузке. Шар, двигаясь несоосно седлу, ударяется об его край, при этом площадь касания является минимальной, а удельная нагрузка в месте удара максимальной, что вызывает разрушение фаски седла и приводит к образованию сколов. Происходит так называемое «разъединение» седел, нарушается герметичность в прилегании клапанной пары.
Известно скважинное клапанное устройство (патент РФ №2150575, кл. Е 21 В 34/06, 2000 г.), включающее корпус седлом и радиальными отверстиями и подвижную втулку с обратным клапаном. Наружная поверхность верхней части подвижной втулки выполнена в виде усеченного конуса. С седлом корпуса, расположенным выше радиальных отверстий, она образует клапанную пару. Обратный клапан золотникового типа с радиальными отверстиями и пробкой размещен во внутренней полости подвижной втулки, находящейся в нижнем ее положении ниже радиальных отверстий корпуса, и подпружинен относительно подвижной втулки. Недостатками данного изобретения
является сложность конструкции, характеризующаяся большим количеством деталей, трудность регулировки пружин в зависимости от типоразмера установки и дебита скважины по жидкости. Помимо этого, при каждой остановке УЭЦН происходит слив жидкости из НКТ в затрубное кольцевое пространство, и следовательно, при последующем запуске УЭЦН некоторое время центробежный насос работает на заполнение НКТ жидкостью вне рабочей зоны с минимальным КПД и повышенным потреблением мощности. Помимо этого, так как при запуске скважины приток из пласта, как правило, минимален, погружной электродвигатель работает первые несколько часов без охлаждения. В итоге существенно сокращается ресурс работы установки.
1
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности и применимости является скважинное клапанное устройство (свидетельство РФ №9473 U, кл. Е 21 В 34/06, F 16 K 17/36, 1999 г.), включающее корпус с выполненными внутри корпуса осевым рабочим и сливным каналом, при этом в сливном канале установлен запорный орган в виде установленного выше радиального отверстия, сообщающегося с затрубным пространством, седла с размещенным на нем шаром. В переходе из несквозного радиального канала в выходное отверстие корпуса установлен ограничитель перемещения шара.
Недостатком данного устройства является низкая надежность механизма, обусловленная тем, что при спуске клапана в скважину в результате его контакта с эксплуатационной колонной, механические примеси попадают в сливной канал, что приводит к потере герметичности клапана и неэффективной работе установки.
Технический результат, обеспечиваемый предлагаемой полезной моделью, заключается в сокращении эксплуатационных затрат на добычу нефти, увеличении межочистного и межремонтного периодов,
увеличении срока работы оборудования, снижении себестоимости добываемой нефти.
Названный технический результат достигается благодаря тому, что из компоновки скважинного оборудования исключаются три конструктивных элемента - обратный, сливной клапаны и ограничительное кольцо, функции которых выполняет предлагаемая конструкция клапана.
Благодаря тому, что при обратной промывке растворитель и продукты реакции не попадают в насос за счет перекрытия рабочего канала плунжером, а также тому, что технологические операции, связанные с закачкой жидкости в затрубное пространство можно проводить при выключенном насосе, не подвергая его перегреву, увеличивается срок стабильной работы ЭЦН.
Благодаря тому, что конструкция дополнительно содержит мембрану во вспомогательном канале, разрыв которой путем гидровоздействия при прямой промывке позволяет сообщать канал НКТ с кольцевым пространством, можно осуществить подъем труб НКТ при текущих и капитальных ремонтах скважины (ТКРС) без жидкости.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежом. Клапан специальный двухкамерный для эксплуатации скважин установками электроцентробежных насосов (УЭЦН) состоит из корпуса 1, в котором имеются три канала: рабочий I, промывочный II и вспомогательный III. В верхней части рабочего сквозного канала I смонтирована гильза 5, в которой расположен рабочий плунжер 2, зафиксированный при помощи пружины 3. Между нижним торцем гильзы 5 и уступом корпуса 1 размещена уплотнительная шайба 4. В верхней части промывочного канала II смонтирован плунжер 6, поджатый сверху пружиной 7, и опирающийся в уплотнительную шайбу 8. В нижней части промывочного канала II ниже плунжера выполнено
радиальное боковое отверстие 9, через которое происходит сообщение с затрубным пространством. В верхней части промывочного II и рабочего I каналов имеется общий выпускной канал 10. Вспомогательный канал III в верхней части перекрыт мембраной 11 и фиксируется держателем мембраны 12. В нижней части вспомогательного канала III выполнено боковое отверстие 13, соединяющее канал с затрубным пространством. Сверху клапан закрыт крышкой 14, имеющей отверстия для выхода жидкости из рабочего и промывочного каналов в НКТ, и крепящейся к корпусу 1 тремя болтами.
Клапан специальный двухкамерный для эксплуатации скважин УЭЦН работает следующим образом. При запуске УЭЦН, жидкость с выкида насоса поступает через нижнее отверстие рабочего канала I (Фиг.1). Давление под рабочим плунжером 2, находящимся в крайнем нижнем положении, увеличивается. При этом сверху на рабочий плунжер 2 действует суммарное гидростатическое и устьевое давление. После того, как давление поднимаемой жидкости превышает суммарное давление над плунжером 2, он перемещается вверх, открывая перепускной канал 10, и жидкость через верхнюю часть промывочного канала II проходит в НКТ, при этом плунжер 6 промывочного канала II остается в крайнем нижнем положении, благодаря чему предотвращается переток жидкости из НКТ в скважину.
При остановке УЭЦН давление под рабочим плунжером 2 снижается, вследствие чего он занимает крайнее нижнеее положение, упираясь при этом в уплотнительную шайбу 4 корпуса 1, предотвращая при этом попадание жидкости из НКТ в скважину через насос.
При обратной промывке промывочная жидкость закачивается на устье скважины в затрубное пространство, поступает через отверстие 9 (Фиг.2) в промывочный канал II, и, при условии, что суммарное давление в затрубном пространстве и давление закачки выше суммарного давления столба жидкости в НКТ и устьевого давления,
рабочий плунжер 6 промывочного канала II перемещается вверх, открывая при этом перепускной канал 10. Промывочная жидкость, проходя через перепускной канал 10, поступает в НКТ через верхнюю часть рабочего канала I. При этом, в процессе обратной промывки промывочная жидкость не попадает в насос, так как плунжер 2, находясь прижимается потоком жидкости к уплотнительной шайбе 4 и предотвращает попадание ее в рабочий канал I клапана.
При прямой промывке промывочная жидкость закачивается на устье скважины в НКТ. В этом случае давление, равное сумме гидростатического давления столба жидкости в НКТ и давления закачки, действует на плунжер 2 рабочего канала I и плунжер 6 промывочного канала II, прижимая их к уплотнительным шайбам 6 и 8, а также на мембрану 11 вспомогательного канала III. После того, как суммарное давление над мембраной превысит заданный предел ее прочности, происходит ее разрыв, и жидкость через вспомогательный канал и боковое отверстие 13 начинает поступать в затрубное пространство.
Клапан специальный двухкамерный для эксплуатации скважин УЭЦН обеспечивает качественную прямую промывку НКТ от отложений парафина и солей в пределах допустимого давления закачки растворителей и ингибиторов. При этом, кроме экономии объема закачиваемых растворителей и ингибиторов, обеспечивается минимальное противодавление на пласт и не создается дополнительного давления на погружные электронасосы.
Данное устройство обеспечивает защиту УЭЦН от обратного потока жидкости при его остановке, снижение нагрузки на электронасос при его запуске, обеспечивает обратную циркуляцию жидкости через трубы после остановки насоса и слив жидкости из НКТ при их подъеме.