СКВАЖИННЫЙ УПРАВЛЯЕМЫЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ КЛАПАН
CONTROLLED WELL 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.
Известен способ отсечения пласта для проведения подземного ремонта без глушения скважины [Патент РФ №2531011, МПК Е21В 34/06, опубликован 20.10.2014], включающий электроприводной центробежный насос, пакер, якорь, блок датчиков контроля работы пласта и разъединяемый от «нулевой точки» электропогружного двигателя электрический блок «мокрый контакт» с электромагнитным клапаном, отсекающим пласт на время извлечения из скважины насосного оборудования и его ремонта.
Предлагаемое для реализации способа устройство может работать не только для отсечения пласта, но и для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов при установке его между пластами. Электромагнитный клапан и блок датчиков контроля работы пласта питаются от «нулевой точки» электродвигателя центробежного насоса. Разъединяемый электрический блок «мокрый контакт» с электромагнитным клапаном отсекает пласт на время извлечения из скважины насосного оборудования и его ремонта.
Однако электромагнитный клапан не предусмотрен для регулирования потока жидкости через седло, так как он работает по принципу «закрыто-открыто», т.е. без регулирования зазора между клапаном и седлом. При этом закрыт он пружиной недостаточно надежно и при ремонтных спуско-подъемных операциях инструмента, которые вызывают поршневой эффект в скважине, он периодически открывается. Применение более мощного электромагнитного клапана ограничено возможностью отбора мощности от «нулевой точки» электродвигателя центробежного насоса не более 25 Вт.
Известна насосная установка (прототип) 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, наземную панель управления с телемеханической системой, включающей блоки регулирования притока и учета пластовых продуктов и регулируемые электроклапаны, электроприводы которых питаются через дополнительный кабель.
Предлагаемая насосная установка, безусловно, выполняет все предусмотренные функции одновременно-раздельной эксплуатации пластов в скважине, кроме отсечения пластов для ремонта насосного оборудования без глушения скважины. К тому же, установка требует отдельного специального кабеля, питающего электропривод регулируемого клапана и блок телемеханической системы и контроля притока и учета состава добываемой жидкости, что приводит к дополнительным неудобствам, связанным с прокладкой и креплением его рядом с силовым кабелем для питания электродвигателя ЭЦН, а также перетиранием его при спуске в горизонтальные скважины.
Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков.
Эта цель достигается тем, что скважинный управляемый электромеханический клапан снабжен приводом, включающим микроэлектродвигатель, питающийся от «нулевой точки» электродвигателя центробежного насоса, и редуктор с выходным валом, жестко соединенным с гайкой винтопары, внутри которой перемещается винт, соосно сочлененный с полым штоком с проходным отверстием для измерения давления в пласте, на полом штоке установлен подвижный дифференциальный поршень, выравнивающий скважинное и пластовое давления, на свободном торце полый шток герметично сочленен со вспомогательным полым клапаном и седлом с выходным каналом в полость скважины, помещенными во внутреннюю полость управляемого полого клапана с седлом, регулирующим поток жидкости из пласта.
На чертеже показан разрез общего вида скважинного управляемого электромеханического клапана: 1 - корпус; 2 - ниппель присоединительный; 3 - разъем «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 с проходным каналом; 14 - проходное отверстие в штоке; 15 - дифференциальный поршень; 16 - отверстие для скважинного давления; 17 - отверстие в полом штоке для пластового давления; 18 - вспомогательный клапан; 19 - седло вспомогательного клапана; 20 - седлодержатель вспомогательного клапана; 21 - выходной канал вспомогательного клапана; 22 - управляемый клапан; 23 - седло управляемого клапана; 24 - седлодержатель управляемого клапана; 25 - выходные отверстия; 26 - резиновые уплотнения; 27 - резьба для присоединения якоря-пакера.
Предлагаемый скважинный управляемый механический клапан (чертеж) состоит из корпуса 1, присоединительного уплотняемого с помощью резиновых колец 26 ниппеля 2 с разъемом также уплотняемого «мокрого контакта» 3 внутри, 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 резиновыми кольцами 26 в корпусе 1 полым штоком 12 с проходным отверстием 14 для гидравлической связи с круговой полостью 13 и датчиком давления 10. Датчик температуры 11 находится непосредственно на корпусе 1. Уплотняемый резиновыми кольцами 26 дифференциальный поршень 15 выравнивает скважинное давление через отверстие 16 в корпусе 1 с пластовым давлением через отверстие 17 в полом штоке 12. Со свободным торцом полого штока 12 герметично сочленен уплотняемый вспомогательный (малый) клапан 18 со вспомогательным седлом 19, зафиксированным уплотняемым седло держателем 20 во внутренней полости управляемого (основного) клапана 22. Вспомогательный клапан 18 окружен микрополостью с выходным каналом 21, соединяющимся гидравлически через выходное отверстие 25 со скважинным давлением. Управляемый полым штоком 12 и вспомогательным клапаном 18 основной клапан 22 с седлом 23, зафиксированным седлодержателем 24. Нижняя часть корпуса 1 оканчивается резьбой 27 для присоединения якоря-пакера при одновременно-раздельной эксплуатации пластов.
Предлагаемый скважинный управляемый электромеханический клапан (чертеж) работает следующим образом.
В скважину на насосно-компрессорных трубах спускается электроцентробежный насос с погружным электродвигателем, оканчивающимся захватным механизмом с разъемом «мокрый контакт» (не показан), к которому пристыковывается управляемый электромеханический клапан присоединительным ниппелем 2 с ответным «мокрым контактом» 3, питающим от «нулевой точки» погружного электродвигателя блок управления телеметрией и микроэлектродвигателем 4, микроэлектродвигатель 5 мощностью не более 25 Вт с напряжением 48 В и потребляемым током 0,5 А. Это предельная мощность, которую может отдать «нулевая точка» погружного электродвигателя. Однако этой мощности не хватает для надежного закрытия-открытия управляемого электромеханического клапана и поэтому он выполнен двухступенчатым: со вспомогательным (малым) полым клапаном 18, размещенным во внутренней полости управляемого (основного) полого клапана 22. Оба клапана герметично состыкованы с полым штоком 12 для управления последними и измерения пластового давления датчиком 10. Электромеханический клапан устанавливается на заданной глубине над продуктивным пластом с помощью якоря-пакера с проходным каналом (не показан), состыкованного резьбой 27 с нижней частью корпуса 1. Затем с наземной панели (не показанной на чертеже) подается команда на блок управления телеметрии 4: «открыть или частично приоткрыть» клапан 22, регулируя тем самым зазор между клапаном 22 и его седлом 23 и, следовательно, поток (дебит) жидкости из пласта (не показанного на чертеже). Команда исполняется микроэлектродвигателем 5 с редуктором 6 с помощью винтопары, зацентрированной шарикоподшипниками 8 и состоящей из гайки 7 и винта 9, жестко сочлененным с полым штоком 12, передающим осевое перемещение жестко сочлененному с ним вспомогательному клапану 18 для открытия. Вспомогательный клапан 18 выходит из седла 19, открывая выход пластовому давлению через полый конец штока 12 в микрополость с выходным каналом 21, сообщающимся с выходным отверстием 25 со скважинным пространством над пакером. Затем полый шток 12, продолжая двигаться вверх со вспомогательным клапаном 18, имеющим больший диаметр, чем у полого штока 12, начинает перемещение вверх, открывая или приоткрывая управляемый клапан 22. Для свободного и независимого от пластового и скважинного давлений при открытии и закрытии управляемого клапана предусмотрен дифференциальный поршень 15, который выравнивает давления под управляемым клапаном 22 и над ним. Подвижный дифференциальный поршень 15 загерметизирован резиновыми уплотнениями 26 относительно корпуса 1 и полого штока 12. В полости между дифференциальным поршнем 15 и управляющим клапаном 22 предусмотрено отверстие проходное 17 в полом штоке 12 для пластового давления, а в полости над дифференциальным поршнем 15 в корпусе 1 предусмотрено проходное отверстие 16 для скважинного давления. При закрытии управляемого клапана 22 полым штоком 12 со вспомогательным клапаном 18 сначала перекрывается отверстие в малом седле 19. Затем управляемый клапан 22 садится в большое седло 23, надежно перекрывая отверстие. При этом выравненные скважинное и пластовое давления над и под управляемым клапаном 22 совершенно не препятствуют его закрытию.
Таким образом, с помощью управляемого электромеханического клапана обеспечивается одновременно-раздельная эксплуатация пластов, разделенных пакером. Клапан обеспечивает надежное отсечение пласта для проведения подземного ремонта скважины без ее глушения. Для этого подается команда на закрытие клапана и расстыковку захватного механизма с разъемом «мокрый контакт». После чего насосное оборудование вместе с насосно-компрессорными трубами извлекаются из скважины для ремонта. Завершив ремонт, насосное оборудование снова спускается в скважину, стыкуется захватным механизмом с разъемом «мокрый контакт» и блоком управления микроэлектродвигателем и телеметрией и электромеханический клапан готов к продолжению его эксплуатации.
Технический эффект: клапан обеспечивает без дополнительного кабеля надежно управляемое регулирование дебита пласта, измерение пластового давления и других технологических параметров, а также надежное отсечение пласта для проведения текущего ремонта насосного оборудования без глушения скважины.