АВТОМАТИЧЕСКОЕ КЛАПАННОЕ УСТРОЙСТВО
AUTOMATIC VALVE UNIT

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и предназначено для повышения надежности эксплуатации фонтанирующих скважин.
Известна конструкция прямоточно-регулируемого штуцера (см. «Справочное пособие по газлифтному способу эксплуатации скважины» Ю.В. Зайцев, Р.А. Максутов, О.В. Чурбанов и др. - М.: «Недра», 1984 г., с.115-116).
Устройство состоит из корпуса, в осевом канале которого размещена насадка, наконечник на днище полого поршня, который связан через шаровое зацепление с гайкой на внешней стороне корпуса.
Площадь кольцевого сечения насадки изменяется за счет ввода в ее осевой канал наконечник.
Недостатки конструкции:
- несмотря на возможность менять дебит скважин, за счет возвратно-поступательного перемещения наконечника, очистку дроссельного канала в автоматическом режиме осуществить невозможно.
Известна конструкция клапанного устройства для управления работой газонефтяной скважины (см. а.с. №1. 624.130, М. кл E21B 34/16, опубл. 30.01.91, бюлл. №4). Устройство содержит цилиндрический корпус, с приемной и отводящей камерами, соединяющими между собой через осевой канал дросселя, ступень для его очистки с приводом.
Устройство снабжено стаканом, установленным в верхней части корпуса. Посадочное седло размещено в нижней части корпуса, с подпружиненным поршнем, снабженным кольцевым выступом и торцовым клапаном, опирающимся на седло.
Между торцовой поверхностью стакана и посадочным седлом образована кольцевая полость, для размещения кольцевого выступа поршня, установленного с возможностью поперечного торцового взаимодействия с торцовой поверхностью стакана и посадочным седлом. Ступень очистки осевого канала дросселя, приемная камера расположены в осевом канале подпружиненного поршня.
Привод выполнен в виде подпружиненного толкателя, установленного в корпусе, с возможностью взаимодействия с подпружиненным поршнем. Кольцевая полость может гидравлически соединятся с отводящей камерой.
Корпус снабжен подводящим и отводящим каналами с подводящим и отводящим патрубками для включения в состав отводящей трубы промыслового коллектора.
Работа устройства
Устройство устанавливается на отводящей струне скважины и настраивается на расчетный, рабочий перепад давления. Пластовая жидкость, через подводящий канал поступает в кольцевую полость и через радиальные цели в теле стакана перетекает в осевой канал дросселя и далее через отводящую камеру и отводящий канал выводится в отводящую магистраль.
При забивании осевого канала дросселя мех. примесями, или газогидратами, изменяется перепад давления между приемной и отводящей камерами, в сторону роста, с воздействием на подпружиненный поршень. Последний, преодолевая усилие пружины, толкателем отрывается от седла, с вводом стержня в осевой канал дросселя, с его очисткой.
При этом происходит отрыв торцового клапана от седла с подачей пластовой жидкости в отводящую камеру минуя канал дросселя. Поршень отбрасывается резко вверх, с разрушением слоя отложений на поверхности радиальных целей. Расход пластовой жидкости в этом положении превышает расход через осевой канал дросселя, что приводит в снижению перепада давления между приемной и отводящей магистралью. Усилием сжатой пружины толкатель возвращается в исходное положение. Поршень также садится торцовым клапаном на седло, а стержень выводится из осевого канала дросселя.
Недостатки конструкции:
- необходимость проведения монтажных работ на устье скважины, с применением газосварочного оборудования, особенно на старом фонде;
- повышенные значения гидравлических потерь, негативное воздействие потока пластового флюида, содержащего абразивные частицы на элементы и узлы конструкции, поскольку поток взаимодействует с ними при резком изменении направления движения.
Известно клапанное устройство (см. а.с. №1.440.574. М. кл. E21B 34/06, опубл. 30.11.88 г., бюлл. №44) принятое авторами за прототип.
Устройство состоит из цилиндрического корпуса, с приемной и отводящей камерами, с осевым каналом их соединяющим. В этом канале установлена ступенчатая втулка, в которой выполнены радиальные отверстиями, с насадками. Осесимметрично установлен дроссель, в осевой канал которого введен стержень, с его приводом в виде подпружиненной гильзы с фиксатором. Снаружи на ней установлена ступенчатая втулка, с образованием камеры, сообщающейся с отводящей камерой. Втулка снабжена подпружиненным золотником с фиксатором, снабженным пружинами.
При забивании штуцера мех примесями или газогидратами, изменяется перепад давления в сторону роста, которое воспринимается гильзой, с ее перемещением в сторону отводящей камеры и воздействием на золотник.
При этом золотник сжимает пружину и отжимает фиксатор, что приводит к образованию гидравлической связи приемной камеры через отверстия в теле ступенчатой втулки с осевым каналом и отводящей камерой.
При перемещении гильза вводит в осевой канал дросселя стержень, для удаления мех примесей. При выравнивании перепада давления между приемной и отводящей камерами, усилием сжатой пружины стержень возвращается в исходное положение, с продолжением процесса добычи через осевой канал дросселя.
Недостатки:
- сложность конструкции и осуществление настройки устройства на заданный режим работы;
- сложность монтажа устройства в осевом канале цилиндрического корпуса, связанного с необходимостью завинчивания в резьбу ступенчатой втулки.
Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого изобретения, заключается в следующем:
- упрощение конструкции, при снижении гидравлических сопротивлений;
- возможность монтажа устройства на скважине без проведения сварочных работ и изменения монтажной технологической схемы.
Технический результат достигается тем, что автоматическое клапанное устройство состоит из цилиндрического корпуса, с приемной и отводящей камерами, с осевым каналом между ними, ступенчатую втулку с дросселем в осевом канале, узел очистки осевого канала дросселя, в виде стержня, связанного с подпружиненной гильзой.
Устройство снабжено седлом в осевом канале корпуса, стаканом с продольными пазами на конце, установленным между корпусом и ступенчатой втулкой, с опорой на седло, с образованием гидравлического канала с корпусом, приемной камерой. Гильза снабжена кольцевым поршнем, с торцовым клапаном, опирающимся на седло, установленным с возможностью образования подвижного соединения со стаканом и перекрытия продольных пазов в теле стакана, в исходном положении. Гильза снабжена радиальными отверстиями и соединена с держателем стержня, снабженного перепускными отверстиями, соединяющими осевой канал ступенчатой втулки, с осевым каналом гильзы. Пружина кольцевого поршня установлена в камере между ступенчатой втулкой и стаканом.
Конструкция клапанного устройства поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 - конструкция устройства в исходном положении деталей, при нормальном режиме эксплуатации;
- на фиг.2 - конструкция устройства в положении деталей при очистке дроссельного канала.
Клапанное устройство состоит из корпуса 1, с приемной 2 и отводящей 3 камерами. Внутри корпуса 1 установлена ступенчатая втулка 4, с образованием между ними кольцевого гидравлического канала 5.
В осевом канале корпуса 1 установлен стакан 6, под фланцем 7 ступенчатой втулки 4, которым он связан с корпусом 1. Между ступенчатой втулкой 4 и стаканом 6 образована камера 8, перекрытая телом кольцевого поршня 9, установленного на гильзе 10, которая образует верхним концом подвижное соединение со стаканом 5, а нижним концом входит в осевой канал 11 седла 12, установленного в осевом канале корпуса 1, снабженного с внешней стороны уплотнителем 13. Кольцевой гидравлический канал 5 связан каналами 16 в теле фланца 7 с приемной камерой 2. В теле ступенчатой втулки 4, со стороны седла 12, выполнен ряд продольных пазов 17, перекрытых в исходном положении телом кольцевого поршня 9. В теле гильзы 10 выполнены радиальные отверстия 18, гидравлически соединяющие камеру 8 с осевым каналом 19 гильзы 10. Ступенчатая втулка 4 снабжена дросселем 20, закрепленным гайкой 21. Гильза 10 снабжена иглодержателем 22 в виде втулки, с которой связан стержень 23, проходящий в осевой канал 24 дросселя 20. Осевой канал 25 стакана 6 под дросселем 20 постоянно гидравлически связан радиальным отверстием 26 в теле иглодержателя 22 с осевым каналом 19 гильзы 10. Корпус 1 снабжен фланцем 27, которым он опирается на торец трубы 28, связанной с отводящей трубой 29 промыслового коллектора.
Кольцевой зазор между телом трубы 28 и наружной поверхностью корпуса 1 перекрыт уплотнителем 13.
Работа клапанного устройства
Устройство в сборе вводится в осевой канал трубы 28, с упором фланцем 27 на ее торец и перекрытием кольцевого зазора уплотнителем 13.
Размер осевого канала 24 дросселя 20, рассчитывают исходя из дебита скважины, при пропуске всего расхода через кольцевой зазор между стенкой осевого канала 24 дросселя 20 и наружной поверхностью стержня 23.
Пластовый флюид через дроссель 20 поступает в осевой канал 25 стакана 6, откуда через радиальные отверстия 26 в теле втулки 22 подается в осевой канал 19 гильзы 10 и далее в отводящую камеру 3 При работе с расчетным перепадом давления, последнее через каналы 16 в теле фланца 7 передается в гидравлический канал 5 с воздействием на торцовый клапан 14, поджимаемый пружиной 15 к седлу 12. При изменении режима работы скважины, которое может произойти при забивании дросселя, увеличивается перепад давления между приемной 2 и отводящей 3 камерами.
Под действием изменившегося перепада давления кольцевой поршень 9, преодолевая сопротивление пружины 15 отрывает торцовый клапан 14 от седла 12, с совместным перемещением в сторону дросселя 21 гильзы 10 со стержнем 23.
Стержень 23 перемещается в осевом канале 24 дросселя 20, с воздействием на отложения на его стенках.
Пластовой флюид из гидравлического канала 5 через продольные пазы 17 поступает в осевой канал 11 седла 12 и далее в отводящую камеру 3. Поскольку расход пластового флюида в этом случае принимается большим, чем через осевой канал 24 дросселя 20, то перепад давления между приемной 2 и отводящей 3 камерами восстанавливается до расчетного. Под действием усилия сжатой пружины 15 кольцевой поршень 9 садится торцовым клапаном 14 на седло 12, с прекращением гидравлической связи гидравлического канала 5 с осевым каналом 11 седла 12. Одновременно стержень 23 выводится из осевого канала 24 дросселя 20, с продолжением процесса добычи в прежнем режиме. В случае отложения солей на внутренней поверхности седла 12, слой последней может быть удален торцовой поверхностью гильзы 10, при ее перемещении вместе со стержнем 23, в момент очистки осевого канала 24 дросселя 20.