КЛАПАН ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
PROCESS CIRCULATING VALVE

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и предназначается для сообщения затрубного пространства с полостью подъемных труб при глушении и освоении скважин.
Известен циркуляционный клапан (см. I а.с. №443161, Е21В 33/14), включающий корпус с радиальными каналами, седло, подпружиненную дифференциальную втулку с буртами на наружной поверхности, уплотнителем, стопорящие элементы, который позволяет создать циркуляцию между затрубным пространством и лифтовой колонной труб.
К недостаткам клапана следует отнести малую надежность в работе, не обеспечение циркуляции жидкости при заданных перепадах давления.
Известен клапан циркуляционный (см. II а.с. №968336), включающий корпус с радиальным отверстием, гайку и мембрану, установленными в радиальном отверстии корпуса между двумя кольцами, имеющими различный внутренний диаметр.
Клапан устанавливается в составе лифтовой колонны труб и опускается в скважину на заданную глубину. Клапан можно открыть как изнутри, так и снаружи, путем создания избыточного давления и разрыва мембраны. Величина давления, необходимого для разрыва мембраны со стороны затрубного пространства, намного меньше, чем величина давления, создаваемого в трубном пространстве. Регулировка клапана на давление срабатывания осуществляется путем изменения внутреннего диаметра колец.
Однако в ряде случаев после разрыва мембраны, например в случае промывки песчаной пробки в лифтовой колонне труб, необходимо продолжение эксплуатации скважины, но осуществить это невозможно из-за необходимости подъема труб на поверхность для замены мембраны.
Необходимо также учитывать условия эксплуатации скважины, например, при штанговой насосной добыче гидростатическое давление в лифтовой колонне труб может значительно превосходить аналогичное давление в межтрубном пространстве, что в свою очередь может привести к преждевременному срабатыванию устройства.
Известно скважинное клапанное устройство (III см. пат. РФ №2011796, Мкл Е21В 34/06), взятое авторами в качестве прототипа и состоящее из патрубка с проходным каналом и радиальным отверстием, с размещенным в нем полым корпусом с отверстиями для прохода жидкости, подпружиненным затвором с фиксирующим выступом и уплотнительной поверхностью для взаимодействия с седлом, подпружиненный вал и втулку, узел фиксации в виде стержней, с фиксирующей канавкой на внутренней поверхности корпуса.
Стержни установлены в затворе с возможностью взаимодействия с выступом вала и втулкой, в крайнем правом положении затвора и размещения в фиксирующей канавке корпуса в крайнем левом его положении.
Недостатком этого устройства является небольшое проходное сечение для пропуска промывочной жидкости, что снижает эффективность проведения работ, связанных с промывкой песчаной пробки, где необходимо иметь высокую скорость потока.
Наличие узла фиксации затвора клапана в открытом положении и сама конструкция, т.е. габаритные размеры не позволяют разработать работоспособную конструкцию для скважины малого диаметра, с обсадными колоннами Ду=168 и 146 мм.
Усилие применяемых пружин из-за малости размеров, и достаточно большого хода, недостаточно для поддержания работоспособности клапана как при его открытии, так и при закрытии.
Необходимость подачи избыточного давления в межтрубное пространство только для открытия затвора, и проведения технологической операции по подаче рабочей жидкости по лифтовой колонне труб в межтрубное пространство, снижает эффективность работы.
Проблематичным является и срабатывание клапана на закрытие, при наличии избыточного давления в лифтовой колонне труб, поскольку перемещение втулки до контакта с фиксирующим выступом подразумевает наличие перепада давления на ней, но по устройству конструкции возникновение такого перепада не наблюдается, т.е. нет гидравлической связи полости под втулкой с затрубным пространством.
Технический результат заключается в возможности освоения скважин, путем создания гидродинамической связи межтрубного пространства с осевым каналом лифтовой колонны труб, через клапан циркуляционный.
Освоение глубоких скважин возможно при оснащении лифтовой колонны труб несколькими идентичными устройствами, разнесенными на глубине скважины, с возможностью их последовательного открытия-закрытия и образованием гидродинамической связи. Это достигается путем подбора сечения кольцевой пружины, исходя из расчетного перепада давления, при котором открывается тарельчатый клапан.
Технический результат достигается с использованием предлагаемого решения, содержащего корпус с осевым каналом и кольцевой проточкой в средней части, в котором расположена кольцевая пружина. Корпус снабжен двумя радиальными отверстиями и седлами с осевым каналом, снабженными уплотнительными кольцами, затвор выполнен в виде двух тарельчатых клапанов, снабженных каждый направляющим, входящим в осевой канал седла, и резьбовым концом, которым каждый из тарельчатых клапанов связан с ответной резьбой, выполненной в теле кольцевой пружины, установленной свободно в кольцевой проточке корпуса.
Анализ изобретательского уровня показал, что совокупность конструктивных элементов в отличительной части формулы изобретения, дающей вышеуказанный технический результат, не выявлено по имеющимся источникам научно-технической и патентной литературы. В совокупности с известными признаками предлагаемое изобретение позволяет решить поставленную задачу.
Это дает основание считать, что изобретение обладает изобретательским уровнем.
Изобретение промышленно применимо, так как экспериментальный образец устройства прошел всесторонние стендовые испытания с положительными результатами.
Конструкция устройства поясняется чертежами где:
- на фиг.1 - конструкция циркуляционного клапана в разрезе в исходном положении;
- на фиг.2 - конструкция циркуляционного клапана в момент образования гидродинамической связи между межтрубным пространством и внутренней полостью устройства, при установке его в составе лифтовой колонны труб;
- на фиг.3 - взаимное положение деталей устройства при поперечном разрезе по оси расположения запорных клапанов.
Клапан циркуляционный состоит из корпуса 1, с верхним патрубком 2 и нижней 3 присоединительной резьбой, для монтажа в составе лифтовой колонны труб.
В осевом канале 4 корпуса 1 выполнена кольцевая проточка 5 и два радиальных отверстия, в которых установлены седла 6, с осевыми каналами 7 и уплотнительными кольцами 8 в канавках. В кольцевой проточке 5 корпуса 1 свободно установлена кольцевая пружина 9, с резьбовыми отверстиями 10, в которых установлены затворы в виде тарельчатых клапанов 11, поджимаемые к посадочной поверхности седел 6, за счет упругих свойств кольцевой пружины 9.
Тарельчатые клапана 11 снабжены направляющей крестовиной 12, которой они входят в осевые каналы 7 седел 6.
Работа клапана циркуляционного технологического
Клапан входит в состав лифтовой колонны труб, за счет соединения с трубами верхним патрубком 2 и нижней 3 присоединительной резьбой, и опускается на заданную глубину.
При подаче избыточного давления в межтрубное пространство скважины, последнее воздействует на площадь поперечного сечения тарельчатых клапанов 11, установленных в седлах 6 корпуса 1, расположенных напротив друг друга.
При расчетном осевом усилии тарельчатые клапана 11 открываются от седел 6, с упругим сжатием к оси корпуса 1 кольцевой пружиной 9.
Жидкость из межтрубного пространства через образовавшийся зазор между седлом 6 и тарельчатым клапаном 11 поступает в осевой канал 4 корпуса 1 и далее по лифтовой колонне труб подается на поверхность. После сброса давления, за счет упругости кольцевой пружины 9, тарельчатые клапана 11 поджимаются к посадочным поверхностям седел 6 с уплотнительными кольцами 8 и изолируют осевой канал 4 корпуса 1 от межтрубного пространства.
При наличии избыточного давления в лифтовой колонне труб и осевом канале 4 корпуса 1, тарельчатые клапана 11 дополнительно поджимаются к посадочной поверхности седел 6.
Перепад давления, при котором осуществляется открытие тарельчатых клапанов 11, можно регулировать за счет подбора расчетным путем поперечного сечения кольцевой пружины 9.
После закрытия гидравлической связи осевого канала 4 корпуса 1, с межтрубным пространством скважины, последняя может эксплуатироваться в режиме подачи пластового флюида на поверхность, сразу после освоения скважин.