КОМБИНИРОВАННЫЙ ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ КЛАПАН

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использована в нефтяных скважинах, оборудованных глубинными насосами, для их промывки или обработки в ходе работ по нефтедобыче.
Известен циркуляционный клапан, содержащий корпус с перепускным и циркуляционным отверстиями и ступенчатую втулку, образующую с корпусом кольцевую полость, разделенную на две камеры поршнем, одна из камер (ступенчатая) заполнена смазочной жидкостью. При повышении давления в колонне насосно-компрессорных труб оно передается в полость клапана над поршнем, и ступенчатая втулка смещается, открывая циркуляционное отверстие и обеспечивая прямую циркуляцию жидкости (из колонны труб в затрубное пространство) (см. авторское свидетельство SU №1266968, кл. Е 21В 34/06, 30.10.1986)
Недостаток устройства - отсутствие возможности проведения обратной циркуляции жидкости из затрубного пространства в колонну труб, что сужает возможности данного циркуляционного клапана.
Наиболее близким к полезной модели является циркуляционный клапан, содержащий установленные в цилиндрическом корпусе неподвижное кольцевое седло и затвор, выполненный в виде подвижной в осевом направлении относительно седла втулки, а в корпусе напротив втулки затвора выполнено, по крайней мере, одно радиальное отверстие, втулка затвора со стороны ее наружной цилиндрической поверхности выполнена ступенчато сужающейся в сторону седла с образованием кольцевой поршневой камеры, сообщенной через радиальное отверстие с затрубным пространством скважины, и уплотнена относительно внутренней цилиндрической поверхности корпуса посредством эластичного уплотнения,
расположенного на большем диаметре втулки, при этом затвор подпружинен относительно седла пружиной сжатия, выполненной за одно целое с втулкой, (см., патент RU №46807, кл. Е 21 В 34/06, 27.07.2005).
Данный циркуляционный клапан позволяет использовать его для освоения, глушения и промывки скважины при обработке скважины различными химическими реагентами для периодической работы во время свабирования скважины, оборудованной, например винтовым электроприводным насосом, а также при других технологических операциях. Однако возможности данного клапана ограничены, что связано с тем, что он не может сбросить давление, созданное внутри колонны труб, что может привести к аварийной ситуации. Кроме того, данная конструкция циркуляционного клапана не позволяет выровнять давление столба жидкости внутри колонны труб с давлением в затрубном пространстве, что затрудняет работу при необходимости подъема колонны труб.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является расширение функциональных возможностей циркуляционного клапана.
Техническим результатом, достигаемым при использовании полезной модели является повышение эффективности работы комбинированного циркуляционного клапана.
Указанная задача решается за счет того, что комбинированный циркуляционный клапан содержит установленные в цилиндрическом корпусе неподвижное кольцевое седло и затвор, выполненный в виде подвижной в осевом направлении относительно седла втулки, а в корпусе напротив втулки затвора выполнено, по крайней мере, одно радиальное отверстие, втулка затвора со стороны ее наружной цилиндрической поверхности выполнена ступенчато сужающейся в сторону седла с образованием кольцевой поршневой камеры, сообщенной через радиальное отверстие с затрубным пространством скважины, и уплотнена относительно внутренней цилиндрической поверхности корпуса посредством эластичного уплотнения,
расположенного на большем диаметре втулки, при этом затвор подпружинен относительно седла пружиной сжатия, выполненной за одно целое с втулкой, а в цилиндрической стенке корпуса установлено мембранное предохранительное устройство, выполненное в виде мембраны, размещенной в ступенчато сужающемся с образованием кольцевого уступа отверстии и герметично зажатой в отверстии посредством резьбовой втулки.
Предпочтительно, чтобы в ступенчато сужаемся отверстии с упором в кольцевой уступ было установлено плоское металлическое кольцо, а мембрана зажата в ступенчато сужаемся отверстии между плоским металлическим кольцом и резьбовой втулкой.
Известно, что для создания стабильного потока из пласта необходимо запустить насос. Однако продукты реакции после обработки из призабойной зоны насосом извлечь невозможно, поскольку произойдет засорение приемной части насоса. Поэтому необходимо до спуска насоса по технологии производить свабирование с помощью сваба для выноса продуктов реакции. После свабирования производится спуск насоса с глушением скважины, и в результате происходит уменьшение эффективности проведенных мероприятий по увеличению нефтедобычи. Данный клапан дает возможность увеличить эффективность проведенных мероприятий по увеличению нефтедобычи и уменьшить количество спуско-подъемных операций. Для этого циркуляционный клапан устанавливают выше насоса на колонне труб, а обработку призабойной зоны пласта производят с установленными на колонне труб насосом и клапаном. В результате после обработки пласта производят свабирование с помощью свабового агрегата, при этом жидкость в процессе свабирования в колонну труб поступает через циркуляционный клапан из затрубного пространства скважины до полного выноса из скважины продуктов реакции, например после химической обработки пласта. После этого убирают свабовый агрегат, производят обвязку устья скважины и запускают в работу установленную на колонне труб погружную винтовую насосную установку.
Данный клапан позволяет организовать обратную циркуляцию жидкой среды через комбинированный циркуляционный клапан из затрубного пространства скважины в колонну труб и тем самым эффективно промыть скважину и колонну труб от продуктов, которые образовались в скважине после обработки пласта, а также от кольматирующих частиц, которые снижают проницаемость пласта для добываемой из него среды, что и позволят быстро запустить скважину в работу.
В то же время при проведении работ по подъему колонны труб на поверхность необходимо слить жидкость из колонны труб и выравнять давление в колонне труб и в затрубном пространстве. В этом случае перед подъемом колонны труб в ней повышают давление выше предельно допустимого для установленной мембраны. Путем разрушения мембраны сообщают затрубное и внутритрубное пространство колонны труб, что позволяет слить в затрубное пространство столб жидкости из колонны труб и выровнять давление в колонне труб и в затрубном пространстве.
Однако для надежной работы важно, чтобы в процессе работы не изменялась площадь поперечного сечения перекрытого мембраной, а последняя герметично перекрывала ступенчатое отверстие, в котором она зажата. Поэтому к поверхности кольцевого уступа предъявляются высокие технологические требования по точности изготовления и поверхности обработки. Снизить эти требования можно путем размещения между мембранной и кольцевым уступом плоского металлического кольца, которое достаточно легко изготовить с высокой точностью и гладкой поверхностью. При этом путем выполнения плоского металлического кольца из материала с более высоким пределом прочности позволяет независимо от режима работы сохранить постоянное поперечное сечение отверстия в месте установки мембраны и, как следствие, обеспечить срабатывание мембраны при заданном, заранее рассчитанном давлении.
На чертеже представлен продольный разрез комбинированного циркуляционного клапана.
Комбинированный циркуляционный клапан содержит установленные в цилиндрическом корпусе 1 неподвижное кольцевое седло 2 и затвор, выполненный в виде подвижной в осевом направлении относительно седла 2 втулки 3. В корпусе 1 напротив втулки 3 затвора выполнено, по крайней мере, одно радиальное отверстие 4, причем втулка 3 затвора со стороны ее наружной цилиндрической поверхности выполнена ступенчато сужающейся в сторону седла 2 с образованием кольцевой поршневой камеры 5, сообщенной через радиальное отверстие 4 с затрубным пространством скважины и уплотнена относительно внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1 посредством эластичного уплотнения 6, расположенного на большем диаметре втулки 3. Затвор клапана подпружинен относительно седла 2 пружиной 7 сжатия, выполненной за одно целое с втулкой 3.
В цилиндрической стенке корпуса 1 установлено мембранное предохранительное устройство, выполненное в виде мембраны 8, размещенной в ступенчато сужающемся с образованием кольцевого уступа отверстии 9 и герметично зажатой в отверстии 9 посредством резьбовой втулки 10.
В ступенчато сужаемся отверстии 9 с упором в кольцевой уступ установлено плоское металлическое кольцо 11, при этом мембрана 8 зажата в ступенчато сужаемся отверстии 9 между плоским металлическим кольцом 11 и резьбовой втулкой 10.
При подаче под давлением среды, например жидкой среды, в затрубное пространство скважины или при создании на циркуляционном клапане перепада давления в ходе работы по свабированию скважины среда под давлением через радиальное отверстие 4 поступает в поршневую камеру 5 и воздействует на ступенчато сужающуюся стенку втулки 3. В результате втулка 3 перемещается вдоль корпуса 1, образуя кольцевой зазор между седлом 2 и втулкой 3 затвора. Через этот зазор среда под давлением поступает в колонну труб. При снижении давления среды в поршневой
камере 5 втулка 3 под действием сжатой пружины 7 перемещается в сторону седла 2, перекрывая образовавшийся зазор.
При необходимости слива жидкой среды из колонны труб, например перед подъемом колонны труб на поверхность, в последней создают давление выше предельно допустимого для мембраны 8, что приводит к разрушению последней и сливу жидкой среды из колонны труб в затрубное пространство скважины.
Настоящая полезная модель может быть использована в нефтедобывающей или газодобывающей промышленности при проведении работ по интенсификации добычи из скважин различных сред.