КЛАПАН ФОНТАНИРОВАНИЯ

4,5-8
Полезная модель «Клапан фонтанирования», устанавливаемая после насоса ЭЦН в нефтяной скважине, эксплуатируемой в режиме неустойчивого фонтанирования, обеспечивающая подачу газожидкостной смеси при неработающем насосе ЭЦН относится к области горного дела, а именно к клапанам, устанавливаемых на скважинах пласта А Федоровского месторождения, характеризующихся режимом неустойчивого фонтанирования.
Клапан фонтанирования предназначен для направления потока жидкости из затрубного пространства в колонну НКТ при создании в скважине условий для фонтанирования (эффективный газовый фактор больше или равен удельному расходу газа).
В процессе работы скважины с насосом ЭЦН (в дальнейшем насоса) через зону перфорации скважины периодически прорывается газ, находящийся в газовых полостях пласта, который снижает плотность газожидкостной смеси (ГЖС) перед насосом. В этом случае эффективный газовый фактор становится больше удельного расхода газа при работе подъемника на оптимальном режиме, т.е. создаются благоприятные условия для фонтанирования. Насос в данный момент можно отключить, а газожидкостная смесь будет доставляться к устью скважины за счет соблюдения условия фонтанирования.
Без клапана фонтанирования насос, даже при соблюдении условия фонтанирования, продолжает работать, перекачивая через себя углеводородную жидкость, вместе с абразивными частицами, которые сокращают срок службы насоса, уменьшают время межремонтного периода скважины, при этом дополнительно насосом потребляется электроэнергия.
Задачей, решаемой использованием предлагаемого клапана, является увеличение межремонтного периода скважины, за счет отключения насоса на время фонтанирования скважины от 30 до 90 суток, что уменьшает абразивное воздействие углеводородной жидкости на элементы насоса и сокращает расход электроэнергии потребляемой насосом.
Решение данной задачи заключается в том, что в скважине на насосно-компрессорных трубах (НКТ) за насосом установлен клапан фонтанирования, который позволяет ГЖС поступать в НКТ во время фонтанирования скважины, минуя насос.
2
2
Техническая сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что клапан фонтанирования, представляющий собой цилиндрообразный переходник с ниппельной и муфтовой резьбой (например НКТ73, ГОСТ633-80), изготовленный из высокопрочной стали (например, марки 40Х,) у которого внешний диаметр 89 мм, длина 300 мм, имеет проходные сечения: для фонтанирования - площадью 4,7 см, для работы ЭЦН - 15 см. Для предотвращения, перетока жидкости из колонны НКТ в затрубное пространство, при работе ЭЦН, в клапане фонтанирования используется клапанная пара «седло-шарик».
На фиг.1 изображен разрез скважины эксплуатируемой в режиме неустойчивого фонтанирования содержащий клапан фонтанирования 1, расположенный за насосом 2 (по ходу движения ГЖС), подающим газожидкостную смесь в трубы НКТ 3 из пространства скважины 4. При прорыве газа из газовой шапки 5 через зону перфорации 6, находящуюся над водяным слоем 7, газ поступает в пространство 4, смешивается с углеводородной жидкостью, образуя газожидкостную смесь (ГЖС), увеличивает давление в пространстве 4, уменьшая удельный вес ГЖС, при этом уменьшается потребляемая насосом 2 мощность и он автоматически отключается.
Поскольку условия фонтанирования в скважине соблюдены, то ГЖС поступает через клапан фонтанирования 1 в насосно-компрессорные трубы 3 к устью скважины, минуя насос ЭЦН (из-за большого сопротивления прохождения ГЖС через элементы насоса 2 (фиг.1)) по кольцевому пространству между стенками скважины 4 (фиг.1) и наружной поверхностью насоса 2 (фиг.1).
На фиг.2 представлен клапан фонтанирования, состоящий из корпуса 8, в который запрессована камера 9 с седлом 10, на которую по резьбе накручивается корзина 11 с окнами 12, прижимая седло 10 к камере 9. В корзине 11 расположен шарик 13 клапанной пары «седло-шарик».
Корпус 8 - это цилиндрообразный переводник с ниппельной и муфтовой резьбой, например НКТ73, ГОСТ633-80, изготовленный из высокопрочной стали, например 40Х. В ниппельной части корпус 8 имеет два сквозных отверстия 19, расположенных на одном диаметре, просверленных перпендикулярно оси корпуса, а ниже - отверстие с резьбой под винт (гужон) 14, выполненное перпендикулярно оси корпуса 8.
Камера 9 выполнена в форме тройника (⊥), у которого две части находятся на одной оси, а третья расположена перпендикулярно общей оси двум остальным. Каждая часть тройника имеет цилиндрическую форму с цилиндрическим отверстием внутри, причем все отверстия сходятся в одной точке (в центре тройника) и имеют возможность сообщаться друг с другом. Две части тройника, расположенные на одной оси имеют общее цилиндрическое отверстие 15, проходящее перпендикулярно цилиндрическому отверстию 16 третьей части. Радиус по периметру двух частей тройника, имеющих общую ось (в плоскости, проходящей через ось отверстия 15 перпендикулярно оси третьего отверстия 16 третьей части тройника), равен радиусу внутренней цилиндрической поверхности ниппельной части переводника с учетом припуска на запрессовку. От осевого перемещения камеры 9 (вдоль оси внутренней поверхности корпуса 8) камера 9 удерживается винтом (гужоном) 14 (может быть два винта), входящим в отверстие (на фиг.2 не пронумеровано) камеры 9. Третья часть тройника, расположенная соосно с осью корпуса 8 и направленная в сторону движения ГЖС, на которую укладывают седло 10, имеет наружную резьбу для присоединения корзины 11.
Корзина 11 выполнена в форме цилиндра, нижняя часть которого имеет внутреннюю резьбу для навертывания на камеру 9. Длина этой резьбы больше длины резьбы камеры 9. Корзина 11 имеет цилиндрическое внутреннее отверстие (глухое), выполненное соосно с осью внутренней резьбы, диаметром меньше диаметра внутренней резьбы и меньше диаметра седла 10, т.е. образован выступ. При накручивании корзины 11 на камеру 9 этим выступом (на фиг.2 не пронумерован) прижимают седло 10 к поверхности камеры 9 в плоскости перпендикулярной оси резьбы камеры 9.
Цилиндрическая поверхность корзины 11, выше длины внутренней резьбы, имеет сквозные прямоугольные отверстия 12. Диаметр цилиндрического глухого отверстия корзины 11 больше диаметра шарика 13, который должен свободно перемещаться вдоль оси этого отверстия на расстояние, превышающее высоту окна 12, равное диаметру шарика 13.
При сборке клапана фонтанирования отверстии 19 корпуса 8 должны совпадать с отверстиями 15 камеры 9 (фиг.2).
Предложенное устройство работает следующим образом. Насос 2 (фиг.1) нагнетает ГЖС в полость 17 (фиг.2) клапана 1 (фиг.1), далее ГЖС проходит по кольцевому пространству, образованному внутренней поверхностью корпуса 8 (фиг.2) и наружной поверхностью корзины 11, затем поступает в полость 18 (фиг.2) ив НКТ к устью скважины. При этом шарик 13 под действием давления, развиваемого насосом 2 (фиг.1) садится на седло 10 и перекрывает осевое отверстие 16 (фиг.2), исключая выход ГЖС в скважину через диаметральные отверстия 15 камеры 9, совпадающие с отверстиями 19 в корпусе 8 (фиг.2).
При отключении насоса 2 (фиг.1) ГЖС из-за большого гидравлического сопротивления не проходит через насос 2 (фиг.1), а поступает через сквозные радиальные отверстия 19 корпуса 8 клапана фонтанирования (фиг.2) в радиальные отверстия 15 камеры 9 (фиг.2), далее через осевое отверстие 16, поднимает шарик 13 (фиг.2) попадает в корзину 11 и через окна 12 подается к полости 18 (фиг.2) и далее в НКТ.
При отсутствие условия фонтанирования включается насос 2 (фиг.1) и подача ГЖС к устью скважины осуществляется только за счет работы этого насоса.
Технико-экономическая или иная эффективность.
1. Уменьшается количество потребляемой электроэнергии.
2. Увеличивается время межремонтного цикла насоса ЭЦН.