Скважинный клапан
DOWNHOLE VALVE

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к конструкции скважинного клапана, который может быть использован для эксплуатации газовых, газоконденсатных, нефтяных обсаженных скважин и скважин поддержания пластового давления.
Известен циркуляционный клапан, внутри корпуса которого установлен поршень с пружиной в верхней части и цангой в нижней части. При срывании цанги с конусного выступа пружина перемещает поршень в нижнее положение. Вскрываются радиальные каналы и происходит сообщение полости труб с областью затрубного пространства, обеспечивая циркуляцию жидкости в прямом и обратном направлениях с помощью продавочных агрегатов (патент РФ №2195553, 27.12.2002).
Недостатком известного устройства является невозможность замены циркуляционного клапана без подъема всей компоновки оборудования на поверхность.
Известен циркуляционный клапан, который содержит уравновешенный полый поршень с уплотнительными элементами и цангой, корпус с радиальными каналами и внутренним выступом для фиксации цанги. В поршне выполнены продольные прорези, в которых шарнирно установлены подпружиненные рычаги. В корпусе выполнена проточка, к поверхности которой прижаты концы рычагов с возможностью перемещения поршня под действием толкателя на противоположные концы рычагов (патент РФ №46039, 10.06.2005).
Недостатком известного циркуляционного клапана является недостаточная надежность, а также невозможность замены клапана, например при присыпании, потере герметичности поршня, без подъема всей компоновки с клапаном на поверхность.
Известен скважинный клапан, содержащий цилиндрический корпус с циркуляционными отверстиями и кольцевой проточкой, выполненной на его внутренней поверхности, цангу, уплотнительные элементы, вставку, выполненную съемной, корпус которой выполнен с возможностью захвата его ловильным инструментом. Скважинный клапан содержит посадочное место для установки съемной вставки, выполненное в виде выступа на внутренней поверхности цилиндрического корпуса. Цанга установлена на корпусе съемной вставки с возможностью фиксации ее буртика в кольцевой проточке цилиндрического корпуса при установке съемной вставки на посадочное место. Достигается технический результат – обеспечение возможности производить обслуживание скважинного оборудования без его подъема на поверхность и извлечения из скважины (патент РФ №2729296,05.08.2020).
При установке в скважине нескольких таких скважинных клапанов с различными съемными вставками для выполнения соответствующих технологических операций нет возможности замены съемных вставок нижерасположенных скважинных клапанов без подъема всей компоновки из скважины, так как после извлечения съемных вставок спускаемую новую вставку можно установить только в корпус верхнего скважинного клапана, а пройти ниже и выйти из полости верхнего корпуса для установки в нижерасположенные корпусы нет возможности.
Технической задачей является снижение затрат на проведение спуско-подьемных операций при установке в скважине нескольких скважинных клапанов с различными съемными вставками за счет обеспечения возможности замены съемных вставок без подъема компоновки оборудования с корпусами скважинных клапанов из скважины, а также предотвращение преждевременной посадки съемной вставки при спуске ее в скважину и обеспечение надежной фиксации вставки в соответствующем корпусе скважинного клапана.
Поставленная задача решается заявляемым скважинным клапаном, содержащим цилиндрический корпус с циркуляционными отверстиями и кольцевой проточкой, выполненной на его внутренней поверхности, съемную вставку, корпус которой выполнен с возможностью захвата его ловильным инструментом, установленную на корпусе съемной вставки цангу с наружным выступом, выполненным с возможностью фиксации его в кольцевой проточке цилиндрического корпуса, при этом, согласно изобретению, корпус съемной вставки состоит из верхней и нижней частей, причем на верхней части установлена верхняя цанга с наружным буртиком, а к нижней части прикреплена нижняя цанга с наружным выступом, на наружной поверхности нижней цанги дополнительно выполнен кодовый выступ, а на внутренней поверхности цилиндрического корпуса – кодовый паз, причем при прохождении через цилиндрический корпус съемная вставка фиксируется внутри него только при совпадении кодового выступа нижней цанги с кодовым пазом цилиндрического корпуса, в исходном положении верхняя цанга упирается в нижнюю цангу и имеет возможность осевого перемещения совместно с верхней частью корпуса съемной вставки относительно нижней цанги после установки кодового выступа нижней цанги в кодовый паз цилиндрического корпуса, при этом на наружной поверхности верхней части корпуса съемной вставки имеется выступ, который прижимает и фиксирует нижнюю цангу после установки ее кодового выступа в кодовый паз цилиндрического корпуса.
На фиг. 1 представлена схема скважинного клапана в момент установки съемной вставки в цилиндрическом корпусе, на фиг. 2 – местный вид А, на фиг. 3 – схема скважинного клапана с установленной и зафиксированной в корпусе съемной вставкой.
Скважинный клапан состоит из цилиндрического корпуса 1 с циркуляционными отверстиями 2. Съемная вставка содержит корпус 3, выполненный в верхней части с возможностью захвата его ловильным инструментом, для чего имеется место захвата 4 ловильным инструментом. Корпус 3 состоит из верхней 5 и нижней 6 частей, причем верхняя часть 5 установлена с возможностью осевого перемещения относительно нижней части 6 при установке вставки в корпус 1.
Съемная вставка содержит нижнюю цангу 7, нижняя часть которой соединена с нижней частью 6 корпуса 3. Нижняя цанга 7 содержит наружный выступ 8 для фиксации его в кольцевой проточке 9 цилиндрического корпуса 1. Также на наружной поверхности нижней цанги 7 выполнен кодовый выступ 10, а на внутренней поверхности цилиндрического корпуса 1 – кодовый паз 11, причем таким образом, что при прохождении съемной вставки через цилиндрический корпус 1 вставка фиксируется внутри него только при совпадении кодового выступа 10 нижней цанги 7 с кодовым пазом 11 цилиндрического корпуса 1. Кодовый паз 11 корпуса 1 может быть выполнен, например, в виде определенной формы кольцевой выемки или нескольких выемок, а кодовый выступ 10 нижней цанги 7 имеет соответствующую этой выемке или выемкам форму, например, в виде кольцевого буртика или нескольких буртиков соответствующей формы (на фиг. не показаны).
Съемная вставка содержит также верхнюю цангу 12 с наружным буртиком 13, размещенную над нижней цангой 7 с возможностью осевого перемещения вместе с верхней частью 5 корпуса 3 вставки вниз относительно нижней цанги 7 при фиксации вставки в цилиндрическом корпусе 1, а в исходном транспортном положении верхняя цанга 12 упирается в нижнюю цангу 7 и зафиксирована от перемещения (упирается своим торцем 14 во внутренний бурт нижней цанги 7, на фиг. не показан бурт).
Грязесъемное кольцо 15, установленное в верхней части съемной вставки, служит для удержания механических примесей, от попадания их на цанговый узел, что снижает риск присыпания и осложненного срыва вставки из цилиндрического корпуса 1.
На представленных схемах в цилиндрический корпус 1 установлена съемная вставка, перекрывающая циркуляционные отверстия 2 корпуса 1 для прекращения сообщения между трубным и затрубным пространствами скважины, что дает возможность осуществлять эксплуатацию скважины.
Также, в зависимости от требуемых технологических операций, съемные вставки могут быть выполнены (на фиг. не показаны):
- с радиальными каналами в стенке для сообщения с циркуляционными отверстиями цилиндрического корпуса и с глухой нижней частью для перекрытия внутреннего пространства насосно-компрессорных труб (НКТ) под скважинным клапаном для предотвращения течения жидкости от пространства под скважинным клапаном до устья скважины;
- с установленным внутри обратным клапаном для перекрытия движения жидкости сверху вниз и обеспечения движения жидкости снизу вверх;
- с узлом отвода газа из затрубного пространства для снижения затрубного давления в НКТ и повышения динамического уровня пластовой жидкости в скважине, а также облегчения пластовой жидкости для уменьшения нагрузки на установку электроцентробежного насоса (УЭЦН);
- с установленными в радиальных каналах штуцерами для регулирования добычи пластового флюида из затрубного пространства скважины при глушении проходного канала ниже скважинного клапана заглушкой или другим оборудованием.
Скважинный клапан работает следующим образом.
В скважину на колонне НКТ спускают компоновку внутрискважинного оборудования (на фиг. не показана), в составе которого размещены несколько цилиндрических корпусов 1 с различными кодовыми пазами 11. Компоновку устанавливают на заданной глубине. Съемную вставку спускают в скважину на колонне НКТ, соединенной при помощи инструмента с местом захвата 4 корпуса 3 вставки, до ее установки в том цилиндрическом корпусе 1, кодовый паз 11 на внутренней поверхности которого совмещается с кодовым выступом 10 нижней цанги 7 съемной вставки. Съемная вставка свободно проходит через установленные в компоновке верхние цилиндрические корпусы скважинных клапанов и может устанавливаться в нижерасположенном корпусе при совпадении кодового выступа 10 с кодовым пазом 11. При этом нижняя цанга 7 разжимается, наружный выступ 8 ее устанавливается в кольцевой проточке 9 цилиндрического корпуса 1, кодовый выступ 10 нижней цанги 7 – в кодовом пазу 11 цилиндрического корпуса 1 (фиг. 1). Верхняя цанга 12, упираясь наружным буртиком 13 во внутренний выступ 16 цилиндрического корпуса 1, сжимается и при дальнейшем перемещении вставки вниз выходит из зацепления с нижней цангой 7 и перемещается вместе с верхней частью 5 корпуса 3 вниз до упора последней в торец нижней части 6 корпуса 3 вставки (фиг. 3). Нижняя цанга 7 вставки фиксируется в цилиндрическом корпусе 1 выступом 17, выполненным на наружной поверхности верхней части 5 корпуса 3.
Таким образом, предотвращается преждевременная посадка съемной вставки при спуске ее в скважину и обеспечивается надежная фиксация ее в соответствующем корпусе скважинного клапана только при совпадении кодового выступа 10 нижней цанги 7 с кодовым пазом 11 цилиндрического корпуса 1.
Благодаря полнопроходным цилиндрическим корпусам и выполнению различных кодовых выступов на каждой вставке и соответствующих кодовых пазов на ответном корпусе скважинного клапана, можно использовать в скважине несколько расположенных один за другим скважинных клапанов с различными вставками без сужения проходного канала скважины. Также обеспечивается возможность замены съемных вставок без подъема компоновки оборудования с корпусами скважинных клапанов из скважины, что снижает затраты на проведение спуско-подьемных операций.
Для замены какой-либо съемной вставки с помощью ловильного инструмента производят извлечение съемных вставок вышерасположенных в скважине клапанов, затем заменяемой вставки, и осуществляют спуск и установку новой вставки в требуемый цилиндрический корпус. Так как кодовый выступ спускаемой вставки не совмещается с кодовыми пазами корпусов верхних скважинных клапанов, она проходит через корпусы ниже и устанавливается в своем ответном корпусе.