Клапан для обеспечения циркуляции технологической жидкости между внутренней полостью колонны насосно-компрессорных труб и затрубным пространством

Полезная модель редназначена для обеспечения циркуляции технологической жидкости между внутренней полостью колонны НКТ (насосно-компрессорных труб) и затрубным пространством скважины, во время проведения промывки НКТ, для удаления из внутренней полости НКТ загрязнений в виде неорганических солей, твердых взвешенных частиц песка и пород, АСПО (асфальтосмолопарафиновые отложения), для освобождения внутренней полости НКТ от технологической жидкости при подъеме НКТ в процессе ремонта скважины, путём слива технологической жидкости в затрубное пространство скважины, для препятствия слива технологической жидкости из внутренней полости НКТ в затрубное пространство при несанкционированных остановках ЭЦН (электроприводной центробежный насос), для обеспечения возможности подачи на приём ЭЦН реагентов с целью обеспечения его более эффективной работы.
Область техники и применения
Области промышленности, где присутствуют процессы добычи нефти или НСЖ (нефтесодержащая жидкость) и существует вероятность загрязнений внутренней полости НКТ отложениями АСПО, неорганическими солями, твердыми взвешенными частицами песка и пород или иными включениями.
Заявленная полезная модель может применяться в вертикальных, горизонтальных наклонных, разведочных, многоствольных, многозабойных, поисковых, добывающих, резервных, контрольных, оценочных, дублирующих и фонтанных скважинах. А так же скважинах с электроцентробежными насосами и скважинах для геологоразведочных работ.
Уровень техники
Для смены электроцентробежных насосных установок (ЭЦН) в скважинах, имеющих избыточное давление на устье, необходимо предварительно произвести их глушение, то есть заменить столб пластовой жидкости в скважине специальными технологическими жидкостями с большим удельным весом. Данная операция необходима для повышения забойного давления до величины, превышающей пластовое, с целью недопущения выхода пластового флюида на устье скважины при ремонте или смене ЭЦН. Глушение скважин может производиться прямым и обратным способом. При прямом способе: технологическая жидкость закачивается во внутреннюю полость НКТ и выходит в пространство между колонной НКТ и обсадной колонной, называемое затрубным пространством. При обратном способе: технологическая жидкость закачивается в затрубное пространство между обсадной колонной и колонной НКТ и выходит на устье скважины по внутренней полости колонны НКТ.
Для обеспечения циркуляции (возможности прохода технологической жидкости из внутренней полости колонны НКТ в затрубное пространство), в компоновку НКТ включают сбивной (сливной) клапан, который предназначен для сообщения внутренней полости лифта НКТ с затрубным пространством и слива жидкости из внутренней полости НКТ в затрубное пространство в случае подъема НКТ и ЭЦН из скважины. Сбивной клапан состоит из корпуса с ввернутым в него штуцером, который уплотнен резиновым кольцом. При отсутствии АСПО и других отложений на внутренней поверхности НКТ, перед подъемом ЭЦН из скважины, конец штуцера, находящийся во внутренней полости сбивного клапана, сбивается (обламывается) сбрасыванием в скважину специального груза (сбивного ломика) и жидкость из внутренней полости колонны НКТ сливается, через образовавшееся отверстие в затрубное пространство. В процессе эксплуатации скважины на внутренней поверхности колонны НКТ происходит увеличение отложений АСПО, которые уменьшают проходное сечение и тем самым препятствуют прохождению специального груза (сбивного ломика), для активации сбивного клапана.
При отсутствии циркуляции (сообщения между внутренней полостью лифта НКТ и затрубным пространством) применяют так называемое глушение в пласт - мероприятия по закачке технологических жидкостей по затрубному пространству непосредственно в продуктивный пласт. Данные мероприятия, тем более проведенные многократно, оказывают негативное влияние на продуктивные характеристики скважины: снижается дебит, увеличивается временной интервал освоения/вывода скважин на рабочий режим, что вызывает значительные потери количества добываемой НСЖ. Закачка технологических жидкостей в пласт - процесс трудоемкий, дорогостоящий, продолжительный, ведет к большим недоборам нефти после запуска скважины в эксплуатацию после смены или ремонта ЭЦН. Недоборы, как следствие кольматации призабойной зоны скважины мехпримесями в технологических жидкостях применяемых при глушении скважины , продолжаются ещё длительное время после окончания ремонтных работ. Кроме этого, вследствие воздействия солевого раствора возникает интенсивная коррозия спущенного в скважину нефтепромыслового оборудования и несущих конструкций самой скважины.
Раскрытие сущности полезной модели
При образовании отложений на внутренней поверхности НКТ и в полости электроцентробежного насоса, происходит значительное снижение подачи насоса из-за увеличения сопротивлений в оборудовании и возникновения аварийной ситуации. Заявленная полезная модель может применяться для проведения операций глушения, промывки, даже при наличии минимально возможного проходного сечения НКТ и без проведения каких либо дополнительных манипуляций с клапаном.
Универсальный клапан для обеспечения циркуляции технологической жидкости между колонной насосно-компрессорных труб и затрубным пространством содержит корпус клапана (1), выполненный в виде полого цилиндра, на концевых участках которого выполнена резьба для его монтажа в составе колонны НКТ, внутри корпуса размещен подвижный поршень (2) в виде полого цилиндра и клетки (3) для шарикового запорного элемента с цилиндрическим штоком (5), выполняющего роль запорного элемента для обеспечения функции обратного клапана, в стенках корпуса выполнены эллипсные пазы для фиксации подвижного цилиндра в крайних положениях с помощью упругих пластинчатых элементов (4), в корпусе клапана имеется радиальное сквозное отверстие (10), которое сообщает трубное и затрубное пространства НКТ, в верхней и нижней частях подвижного цилиндра имеются резиновые уплотнители (9), предотвращающие попадание рабочей среды в полость между цилиндрами, перемещение подвижного цилиндра внутри корпуса сверху и снизу ограничивается стопорами (6), фиксирующимися контргайкой (7).
Краткое описание чертежа
1. Корпус клапана с присоединительной резьбой НКТ;
2. Подвижный поршень;
3. Цилиндр с клеткой для шарикового элемента;
4. Упругие пластинчатые элементы;
5. Шариковый элемент с цилиндрическим штоком;
6. Стопор перемещения подвижного цилиндра;
7. Контрагайка стопора;
8. Элементы крепления упругих пластинчатых элементов;
9. Резиновый уплотнительный элемент;
10. Радиальное сквозное отверстие.
Полезная модель относится к оборудованию нефтяной промышленности, в частности к клапанным устройствам для скважин, оборудованных электроцентробежными насосами (ЭЦН). Для обеспечения циркуляции технологической жидкости из колонны НКТ в затрубное пространство скважины (промывки) и удаления посредством этого из полости колонны НКТ загрязнений, например неорганических солей, твердых взвешенных частиц песка и пород, АСПО или иных включений и веществ. А так же освобождения полости НКТ от технологической жидкости при их подъеме в процессе ремонта скважины, за счет обеспечения слива технологической жидкости из полости НКТ в затрубное пространство. Кроме того предложенная полезная модель так же выполняет функцию обратного клапана, препятствующего сливу пластовой жидкости из полости НКТ в затрубное пространство при несанкционированной остановке электроцентробежного насоса.
Осуществление полезной модели
Известно скважинное клапанное устройство (Патент РФ №2023865), содержащее обратный клапан, в корпусе которого установлен подпружиненный запорный элемент и выполнены каналы для прохода промывочной жидкости, при этом входной канал клапана имеет возможность соединения с полостью НКТ, а выходной - с каналом, имеющим возможность соединения с затрубным пространством НКТ и обсадной трубы. Корпус клапана эксцентрично установлен по отношению к патрубку, проходной канал которого сообщается с НКТ.
Такое устройство позволяет снизить расход промывочной жидкости и повысить качество промывки НКТ, так как обеспечивает возможность прямой промывки при подаче промывочной жидкости в НКТ, далее через клапан в межтрубное пространство НКТ и обсадной трубы.
Однако известное устройство сложно в эксплуатации, так как открытие клапана для прямой промывки осуществляется при обратной промывке, а фиксация запорного элемента в открытом положении осуществляется сложным узлом фиксации, что снижает надежность работы устройства. Описанные выше недостатки усугубляются из-за малых диаметральных размеров.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является скважинный узел установки для промывки насосно-компрессорных труб от асфальтосмолопарафиновых отложений (Патент РФ №89599), содержащий обратный клапан, в корпусе которого установлен подпружиненный запорный элемент и выполнены каналы для прохода промывочной жидкости, при этом входной канал клапана имеет возможность соединения с полостью НКТ, а выходной - с полостью обсадной трубы.
Однако указанное известное устройство имеет следующие недостатки:
невозможность регулирования силы поджатия пружины, из-за чего, вследствие вибрации запорного элемента при прокачке промывочной жидкости, могут быть утечки;
наличие «вредного» пространства в области выходного канала, соединенного с обсадной колонной, вследствие чего может происходить закупорка клапана из-за скапливания загрязняющих веществ;
недостаточная пропускная способность, вследствие малых сечений пропускных каналов.
Требуемый технический результат, в виде проведения многократных операций по промывке НКТ с целью удаления загрязнений из внутренней полости НКТ за счет циркуляции технологической жидкости между внутренней полостью колонны НКТ и затрубным пространством или глушению скважины для проведения ремонта без подъема НКТ на поверхность, достигается за счет применения предлагаемой полезной модели, включающей в себя корпус клапана, выполненный в виде полого цилиндра, на концевых участках которого выполнена резьба для монтажа в колонну НКТ, в стенках корпуса выполнены эллипсные пазы для фиксации подвижного полого цилиндра в разных положениях посредством упругих пластинчатых элементов, в корпусе клапана имеется сквозное отверстие которое сообщает трубное и затрубное пространство НКТ, клетки обратного клапана, запорного элемента в виде шарикового элемента с цилиндрическим штоком, резиновых уплотнителей подвижного полого цилиндра, стопора перемещения подвижного цилиндра и контргайки.
Технический результат, достигаемый предлагаемой полезной моделью, обеспечивается за счет упрощения конструкции клапана, ухода от сложных узлов и механизмов, исключения необходимости дополнительных механических воздействий на клапан (как сброс сбивного ломика на сбивной клапан, который становится невозможен из-за уменьшения проходного сечения НКТ, вызванного отложениями АСПО) и извлечения колонны НКТ во время проведения ремонта скважин (т.к. сбивной клапан может быть использован единожды и при последующих операциях потребуется его замена), возможности фиксации подвижного цилиндра в различных положениях в зависимости от вида проводимой технологической операции (промывка, глушение, подъем НКТ и ЭЦН) и возможностью управления положением подвижного цилиндра за счет создаваемого внешнего давления.
Исполнение запорного блока в виде подвижного цилиндра с клеткой запорного элемента и шариковым элементом с цилиндрическим штоком, упругих пластинчатых фиксирующих элементов на корпусе полого подвижного внутреннего цилиндра, обеспечивает упрощение конструкции, наличие уплотнительных резиновых элементов на верхней и нижней части подвижного внутреннего цилиндра, исключает контакт упругих элементов с рабочей средой, а значит, обеспечивает надежность конструкции и долговечность работы.
Надежность и простота конструкции так же обеспечивается за счет того, что пружинная система в клапане, состоит из разнесенных по длине подвижного полого цилиндра стальных пластин, жестко закрепленных на внешней стороне подвижного цилиндра.
Благодаря тому, что подвижный цилиндр выполнен с возможность продольного перемещения, обеспечивается перекрытие или открытие радиального отверстия в стенке корпуса клапана для прохода технологической жидкости в затрубное пространство. Клапан приводится в рабочее положение посредством включения в работу штатного насоса ЭЦН или подачей рабочего давления с устья скважины, а удерживается в открытом положении за счет заданной жесткости пластинчатых пружин.
Выполнение внутреннего подвижного цилиндра полым, обеспечивает сообщение полости НКТ между пространством над корпусом клапана и пространством под корпусом клапана, что позволяет свободно циркулировать жидкости в колонне НКТ во всех направлениях в зависимости от текущего положения внутреннего подвижного цилиндра.
Благодаря тому, что в качестве упругого элемента используются пластинчатые пружины, обеспечивающие возможность надежной фиксации подвижного полого цилиндра в рабочем (верхнем) или в промывочном (нижнем) положении, предложенная полезная модель может многократно, без необходимости подъема НКТ, выполнять функции как сливного, так и обратного клапана.
Полезная модель поясняется чертежом, где изображен общий вид универсального клапана в положении при промывке НКТ (нижнем) и общий вид универсального клапана при работе ЭЦН (верхнем). Предлагаемый универсальный клапан для промывки НКТ от АСПО содержит корпус клапана (1), выполненный в виде полого цилиндра, на концевых участках которого выполнена резьба для монтажа клапана в колонну НКТ. В стенке корпуса клапана выполнено сквозное радиальное отверстие (10) для прохода технологической жидкости в полость затрубного пространства между корпусом клапана и эксплуатационной колонной скважины. Внутри корпуса размещен запорный блок, состоящий из подвижного полого цилиндра с жестко закрепленными на нем пластинчатыми упругими элементами (4).
Указанный запорный блок размещен в области радиального отверстия. При этом запорный блок за счет наличия резиновых уплотнительных элементов (9) образует герметичную полость в зазоре между внутренними стенками корпуса и наружными стенками полого подвижного цилиндра (2) запорного блока. При этом внутренняя полость НКТ может быть в некоторых случаях сообщена отверстиями с затрубным пространством скважины.
Стопор (6) фиксирующийся контргайкой (7) ограничивает продольное перемещение подвижного цилиндра и перемещает в рабочее положение шариковый запорный элемент при работе электроцентробежного насоса.
Подвижный цилиндр представляет собой полый цилиндр, с обработанными цилиндрическими стенками для получения герметичности. На верхнем и нижнем конце подвижного цилиндра имеются выемки для размещения резиновых уплотнительных элементов.
Заявленный универсальный клапан устанавливается в составе НКТ.
Таким образом, устройство, помещённое в нижней части колонны НКТ, непосредственно над погружным электроцентробежным насосом, характеризуется простотой и надежностью работы, предоставляет многократную возможность промывки, глушения и ремонта скважин с ЭЦН даже при наличии минимально возможного проходного сечения НКТ.