СКВАЖИННОЕ КЛАПАННОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к промысловому подземному оборудованию и может быть использована при фонтанной, газлифтной или насосной добыче пластового флюида, а также для промывки и глушения скважин.
Известен клапан, включающий корпус с отверстиями в боковой стенке, кольцевой расточкой и упорным внутренним выступом, подпружиненный плунжер с наружным кольцевым выступом, входящим в кольцевую расточку, и проточной частью, образованной несквозным отверстием с радиальными каналами в нижней части, гайку, ограничивающую осевой ход плунжера вверх, и пружину в кольцевой расточке между упорным внутренним выступом корпуса и наружным кольцевым выступом плунжера [ПМ №164401 РФ, Е21В 34/10, 2016].
Известен клапан, содержащий корпус с внутренними резьбами по концам, верхнюю и нижнюю шайбы с осевыми и окружными отверстиями, закрепленные в корпусе, кольцевой фиксатор движения, подвижный стакан с осевым и продольными сквозными отверстиями и седлом вверху, регулирующий винт с конусной треугольной гайкой и пружинный элемент с тарельчатым основанием и запорным элементом в виде шарика [ПМ №143420 РФ, Е21В 34/06, 2014].
Кроме того, известен клапан, включающий корпус с фиксатором, имеющий отверстия в боковой стенке, подпружиненный полый плунжер с осевым и радиальными каналами и направляющую с промывочными отверстиями, снабженную подпружиненным штоком и запорной тарелью [ПМ №155797 РФ, Е21В 34/10, 2015].
И, наконец, известен клапан, включающий корпус с отверстиями в боковой стенке, золотниковую втулку с отверстиями в боковой стенке, размещенную в корпусе с возможностью осевого перемещения и снабженную шариковым обратным клапаном, при этом между золотниковой втулкой и корпусом образована дифференциальная полость [ПМ №66417 РФ, Е21В 43/38, 2007].
Общий недостаток рассмотренных клапанов состоит в их ограниченных технических возможностях.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является скважинное клапанное устройство, включающее средний корпус с отверстиями в боковой стенке, запорный элемент, содержащий ступенчатое основание с полым цилиндром и взаимодействующий с подвижным элементом, нижний и верхний корпуса, соединенные со средним корпусом и выступающие в роли ограничителя хода запорного элемента, большую пружину и регулирующую ее сжатие гайку, обратный клапан, образованный клапанной парой седло-шар и удерживаемый в закрытом положении малой пружиной, и ограничитель хода запорного элемента [патент RU 191416, U1 Е21В 34/08 опубл. 05.08.2019].
Недостатком данного клапана является то, что при насосной эксплуатации скважины пластовая жидкость под рабочим давлением насоса попадая в нижний корпус изначально оказывается под шариком клапанной пары поджатым малой пружиной, что негативно влияет на параметры малой пружины при дальнейшей эксплуатации. Негативное воздействие на малую пружину может привести к ее слому, нарушению параметров, создавая тем самым риск аварийной ситуации на скважине (преждевременный выход из строя скважинного клапанного устройства). Стоит добавить, что изначально совмещенные отверстия в верхнем корпусе и запорном элементе создают риск заклинивания скважинного клапанного устройства при промывке и глушении скважины, связанный с образованием нерастворимых примесей (частиц глины, песка, ила), что также влечет за собой создание аварийной ситуации.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение надежности эксплуатации скважинного клапанного устройства в непрерывном режиме в трех режимах эксплуатации скважины.
Указанный технический результат достигается тем, что в скважинном клапанном устройстве, включающем средний корпус с отверстиями в стенке, запорный элемент, содержащий ступенчатое основание с полым цилиндром, нижний и верхний корпуса, соединенные со средним корпусом и выступающие в роли ограничителя хода запорного элемента, подвижный элемент, большую пружину, обратный клапан, образованный клапанной парой седло-шар и удерживаемый в закрытом положении малой пружиной, согласно полезной модели, запорный элемент образован ступенчатым основанием с полым цилиндром и подвижным элементом, конец подвижного элемента сформирован в виде конуса, размещенного в нижнем корпусе и имеющего внизу входные наклонные окна, обратный клапан расположен внутри конуса, а большая пружина выполнена с большей жесткостью, чем малая пружина, и установлена между средним корпусом и ступенчатым основанием с полым цилиндром запорного элемента.
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 схематично изображено заявляемое скважинное клапанное устройство при фонтанной и газлифтной добыче пластового флюида и при промывке скважины, на фиг. 2 - то же, при насосной эксплуатации скважины.
Скважинное клапанное устройство включает средний корпус 1 с отверстиями 2 в стенке и резьбовыми окончаниями, соединенный с ним нижний корпус 3, запорный элемент 4, состоящий из ступенчатого основания с полым цилиндром 5 и конуса 6, размещенного в нижнем корпусе 3. Отверстия 2 в среднем корпусе 1 выполнены под углом для уменьшения сопротивления влияния пластового флюида при насосной эксплуатации, и промыва обсадной колонны при операциях промывки и глушения скважины. На ступенчатом основании с полым цилиндром 5 запорного элемента 4 установлена большая пружина 7, зажатая между средним корпусом 1 и ступенчатым основанием с полым цилиндром 5 запорного элемента 4. Внутри конуса 6 запорного элемента 4 размещен обратный клапан 8, образованный клапанной парой, состоящей из седла 9 и шара 10, которая удерживается в закрытом положении малой пружиной 11. Большая пружина 7 обладает большей жесткостью, чем малая пружина 11, благодаря чему при приложении давления на конус 6 подвижного запорного элемента 4 происходит перемещение последнего. К среднему корпусу 1 присоединен верхний корпус 12, который служит ограничителем хода для запорного элемента 4 при насосной эксплуатации. Запорный элемент 4 выполнен с возможностью скольжения в среднем корпусе 1 и нижнем корпусе 3, при этом внизу конуса 6 выполнены наклонные окна 13, предназначенные для входа скважинной жидкости. Для обеспечения герметичности на сопрягающихся поверхностях запорного элемента 4 и нижнего корпуса 3 имеются кольцевые канавки под уплотнительные элементы (не показаны). Отверстия 2 в среднем корпусе 1 наклонены к оси под углом вниз для уменьшения сопротивления влияния пластового флюида при насосной эксплуатации, и промыва обсадной колонны при операциях промывки и глушения скважины.
При эксплуатации данное скважинное клапанное устройство устанавливается между погружным насосом и колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) и спускается в скважину. Изначально большая пружина 7 и малая пружина 11 клапанного устройства растянуты, при этом обратный клапан 8 находится в закрытом состоянии, запорный элемент 4 занимает крайнее нижнее положение.
При фонтанной эксплуатации за счет разности давлений в продуктивном пласте и на устье скважины, пластовая жидкость попадает через отверстия 2 внутрь среднего корпуса 1 и движется по нему вверх, попадая в верхний корпус 12, а из него - в колонну НКТ, по которой поднимается на устье скважины. За счет давления столба жидкости, находящейся в колонне НКТ, шар 10 надежно удерживается в седле 9. После прекращения фонтанирования переходят на газлифтную добычу пластового флюида из скважины, во время которой положение частей клапанного устройства в силу внутрискважинных условий остается прежним (фиг. 1).
При насосной эксплуатации скважины пластовая жидкость под рабочим давлением погружного насоса поступает в нижний корпус 3, действует на конус 6 запорного элемента 4 и за счет разности давлений над и под клапаном перемещает запорный элемент 4 вверх до упора в верхний корпус 12, при этом ступенчатое основание с полым цилиндром 5 запорного элемента 4 перекрывает отверстия 2 в среднем корпусе 1, обеспечивая тем самым герметичность. После перемещения запорного элемента 4 пластовая жидкость через окна 13 конуса 6 запорного элемента 4 попадает в обратный клапан 8, поднимая шарик 10 с седла 9, сжимая малую пружину 11, и попадает внутрь ступенчатого основания с полым цилиндром 5 запорного элемента 4. Далее описанным выше путем пластовая жидкость оказывается на устье скважины.
После отключения погружного насоса для последующей промывки или глушения скважины в клапанном устройстве сначала распрямляется менее жесткая малая пружина 11 и шарик 10 устанавливается в седло 9, тем самым закрывается обратный клапан 8, а затем распрямляется большая пружина 7 и запорный элемент 4 возвращается в начальное положение, открывая боковые отверстия 2 в среднем корпусе 1 (фиг. 1). Открытые боковые отверстия 2 в среднем корпусе 1 обеспечивают возможность нагнетания под давлением технологической жидкости с поверхности через клапанное устройство в скважину. Благодаря закрытому обратному клапану 8 предотвращается попадание в погружной насос загрязнений из НКТ.
Заявляемое клапанное устройство является универсальным, так как может работать в трех режимах эксплуатации скважины – при фонтанной и газлифтной добыче, насосной добыче, а также при промывке и глушении скважины, при этом независимо от применяемого способа добычи пластовой жидкости эксплуатация скважины обеспечивается в непрерывном режиме.