КЛАПАН ПЕРЕПУСКНОЙ УПРАВЛЯЕМЫЙ
CONTROLLED BYPASS VALVE

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к клапанам, используемым, например, при одновременно-раздельной эксплуатации многопластовой скважины.
Известен способ одновременно-раздельной эксплуатации многопластовой скважины и оборудование для его реализации, включающий спуск на насосно-компрессорных трубах - НКТ хвостовика с заглушкой, пакера, нижних клапанов перепускных - КП, расположенных ниже и выше отверстий нижнего интервала перфорации в эксплуатационной колонне, и верхних клапанов перепускных - КП, установленных ниже и выше отверстий верхнего интервала перфорации, приведение в рабочее состояние пакеров и эксплуатацию скважин. Согласно изобретению над пакером, разобщающим нижний и вышерасположенные пласты, устанавливают нижний клапан перепускной управляемый - КПУ дистанционно с заглушкой. К нижнему КПУ на первом этапе присоединяют распределитель потоков без его разобщающего элемента. Над верхними КП устанавливают верхний КПУ, управляемый дистанционно. Между нижним и верхним КПУ в НКТ большего диаметра вставляют трубы меньшего диаметра, нижний конец которых на втором этапе вкручивают в подвижный полый шток, в качестве разобщающего элемента, который пропускают внутри распределителя потоков. Верхний конец указанных труб соединяют с верхним КПУ. При этом нижний КПУ устанавливают с возможностью отсечения потока флюидов из нижнего интервала перфорации, пропускаемого через подвижный полый шток и трубы меньшего диаметра, верхний КПУ устанавливают с возможностью отсечения потока флюидов из верхнего интервала перфорации, пропускаемого через кольцевое пространство между НКТ большего диаметра и трубами меньшего диаметра (патент RU №2451164, опубл. 20.05.2012 г.).
Недостатком известного изобретения является возможность потери герметичности и утечки в клапане перепускном управляемом из-за недостаточного количества уплотнительных колец, а также сложность изготовления, осуществления сборки и разборки клапана.
Патентообладателем прототипа и заявителем предполагаемого изобретения является ООО НПФ «Пакер».
Техническим результатом заявляемого изобретения является достижение лучшей герметичности клапана перепускного управляемого, обеспечение эффективной, надежной и безаварийной работы клапана перепускного управляемого при одновременно-раздельной эксплуатации скважины, пластовая жидкость которой содержит механические примеси, а также обеспечение технологичности изготовления клапана перепускного управляемого.
Поставленный технический результат достигается тем, что:
- клапан перепускной управляемый состоит из соединенных между собой верхнего, среднего и нижнего корпусов, при этом одна часть поршня, поджатого пружиной, расположена внутри верхнего корпуса, а другая часть поршня расположена во втулке, имеющей сквозные радиальные отверстия, внутренняя часть верхнего корпуса разделена поршнем на полости, соединенные со штуцерами посредством каналов, в среднем корпусе выполнены сквозные продольные каналы, суммарная площадь которых меньше площади поперечного сечения центрального канала поршня, а в верхнем и среднем корпусах, поршне, втулке имеются канавки под уплотнительные кольца;
- между верхним корпусом и поршнем, между верхним и средним корпусами, поршнем и втулкой, втулкой и верхним корпусом, втулкой и средним корпусом, средним и нижним корпусами имеются уплотнительные кольца;
- соединения верхнего, среднего и нижнего корпусов зафиксированы стопорными кольцами;
- верхний корпус соединен через патрубок с муфтой;
- к среднему корпусу присоединена заглушка или колонна труб.
Выполнение клапана перепускного управляемого составным,
состоящим из соединенных между собой верхнего, среднего и нижнего корпусов облегчает технологию изготовления клапана.
Выполнение в среднем корпусе сквозных продольных каналов, суммарная площадь которых меньше площади поперечного сечения центрального канала поршня, позволяет ускорить движение потока, благодаря чему предотвращается забивание сквозных отверстий средней корпусной части механическими примесями, а значит, тем самым, обеспечивается надежная и эффективная работа клапана перепускного управляемого при добыче пластового флюида с механическими примесями.
Наличие уплотнительных колец между верхним корпусом и поршнем, между верхним и средним корпусами, поршнем и втулкой, втулкой и верхним корпусом, втулкой и средним корпусом, средним и нижним корпусами повышает герметичность и надежность клапана перепускного управляемого.
Фиксация соединений верхнего, среднего и нижнего корпусов стопорными кольцами предохраняет конструкцию клапана перепускного управляемого от отворота, а также повышает надежность и обеспечивает безаварийность работы клапана перепускного управляемого в скважине.
Возможность присоединения заглушки к среднему корпусу позволяет обеспечить полное перекрытие движения пластового флюида по колонне труб при закрытии клапана перепускного управляемого при одновременно-раздельной эксплуатации скважины. Возможность присоединения колонны труб к среднему корпусу позволяет обеспечить движение пластового флюида как по сквозным продольным каналам среднего корпуса, так и по основному каналу при открытии клапана перепускного управляемого при одновременно-раздельной эксплуатации скважины. Также возможность присоединения к среднему корпусу либо заглушки, либо колонны труб позволяет устанавливать клапан перепускной управляемый соответственно либо для перекрытия потока пластового флюида из нижнего пласта, либо для пропуска пластового флюида жидкости из нижнего пласта и вышерасположенных пластов.
На фиг.1 приведена схема клапана перепускного управляемого. На фиг.2 представлен разрез В-В. На фиг.3 представлена схема расположения полости А. На фиг.4 представлена схема расположения полости Б. На фиг.5 приведен вид сверху с расположением штуцеров подключения линий управления.
Клапан перепускной управляемый (фиг.1) включает в себя верхний 1, средний 2, нижний 3 корпуса. Верхний корпус 1 соединен через патрубок 4 с муфтой 5. Муфта 5 и нижний корпус 3 служат для соединения клапана перепускного управляемого с основной колонной труб (не показана). Соединения верхнего 1, среднего 2, нижнего 3 корпусов зафиксированы от отворота стопорными кольцами 6, 7 (фиг.1 и 2). Одна часть поршня 8 расположена внутри верхнего корпуса 1. Внутренняя часть верхнего корпуса 1 разделена поршнем 8 на полости A (фиг.3) и Б (фиг.4). Поршень 8 поджат пружиной 9. Полости A и Б соединены со штуцерами 10, 11 (фиг.3-5) посредством каналов 12, 13 (фиг.3 и 4). Поршень 8 (фиг.1) другой стороной находится во втулке 14, имеющей радиальные сквозные отверстия 15. В среднем корпусе 2 имеются сквозные продольные каналы 16. При этом суммарная площадь поперечных сечений сквозных продольных каналов 16, выполненных в среднем корпусе 2, меньше площади поперечного сечения центрального канала 17 поршня 8. Кроме того, в среднем корпусе 2 клапана перепускного управляемого имеется основной канал 18. Между верхним корпусом 1 и поршнем 8 имеются уплотнительные кольца 19, 20, между верхним 1 и средним 2 корпусами уплотнительное кольцо 21, между поршнем 8 и втулкой 14 уплотнительные кольца 22, 23, между втулкой 14 и верхним корпусом 1 уплотнительное кольцо 24, между втулкой 14 и средним 2 корпусом уплотнительное кольцо 25, средним 2 и нижним 3 корпусами уплотнительное кольцо 26. Уплотнительными кольцами 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 обеспечивается герметичность соединений. В верхнем 1 и среднем 2 корпусах, поршне 8, втулке 14 имеются канавки под уплотнительные кольца 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26. В зависимости от скважинной компоновки к среднему корпусу 2 присоединяется заглушка или колонна труб меньшего диаметра (не показаны). Заглушку устанавливают в случае, если необходимо полное перекрытие потока жидкости по колонне труб при закрытии клапана перепускного управляемого. Колонна труб меньшего диаметра устанавливается, если необходимо обеспечить движение пластового флюида как по сквозным продольным каналам 16 среднего корпуса 2, так и по основному каналу 18 при открытии клапана перепускного управляемого при одновременно-раздельной эксплуатации скважины.
Клапан перепускной управляемый работает следующим образом.
Устанавливают клапан перепускной управляемый в колонну труб согласно скважинной компоновки. Присоединяют к штуцерам 10, 11 импульсные трубки (не показаны). Производят спуск клапана перепускного управляемого с импульсными трубками в составе компоновки подземного оборудования в прошаблонированную эксплуатационную колонну (не показана) на заданную глубину. Установку импульсных трубок производят двумя способами. По первому способу обе импульсные трубки выводят на устье скважины. Давление управления при этом высчитывается по формуле
<mrow><msub><mi>Р</mi><mi>у</mi></msub><mo>=</mo><mi>Δ</mi><msub><mi>Р</mi><mi>у</mi></msub><mo>+</mo><mi>Δ</mi><msub><mi>Р</mi><mrow><mi>т</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mo><</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>Р</mi><mrow><mi>д</mi><mi>о</mi><mi>п</mi><mo>.</mo><mi>и</mi><mi>м</mi><mi>т</mi><mo>.</mo><mi>т</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mo>−</mo><mi>h</mi><mi>ρ</mi><mi>g</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
у
где Р- давление управления;
У
ΔР - перепад давления для управления клапаном;
тр
ΔР - перепад давления для компенсации потерь давления в
капиллярной трубке;
доп
Р - допустимое давление для импульсных трубок;
h - глубина установки клапана;
ρ - плотность жидкости;
g - ускорение свободного падения.
По второму способу импульсную трубку на закрытие клапана выводят на устье скважины, импульсную трубку на открытие в колонну труб выводят выше насоса, при этом давление жидкости не должно превышать допустимого давления для импульсных трубок. Давление управления при этом высчитывается по формуле
<mrow><msub><mi>Р</mi><mi>у</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>Р</mi><mrow><mi>н</mi><mi>к</mi><mi>т</mi></mrow></msub><mo>−</mo><mi>h</mi><mi>ρ</mi><mi>g</mi><mo>+</mo><mi>Δ</mi><msub><mi>Р</mi><mi>у</mi></msub><mo>+</mo><mi>Δ</mi><msub><mi>Р</mi><mrow><mi>т</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mo><</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>Р</mi><mrow><mi>д</mi><mi>о</mi><mi>п</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>−</mo><mi>h</mi><mi>ρ</mi><mi>g</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
у
где Р- давление управления;
h - глубина установки клапана;
ρ - плотность жидкости;
g - ускорение свободного падения;
У
у
ΔР - перепад давления для управления клапаном, ΔР=1,5 МПа;
тр
ΔР - перепад давления для компенсации потерь давления в капиллярной трубке;
доп
Р - допустимое давление для импульсных трубках;
нкт
Р - давление в колонне труб.
нкт
При этом Р>hρg. Для управления клапаном необходимо создать перепад давления в линиях управления клапаном не менее 1,5 МПа, при этом происходит падение давления, что свидетельствует о перемещении поршня 8, и последующее повышение давления после окончания перемещения поршня 8. Давление в линии управления не должно превышать допустимого для импульсных трубок. Давление управления определяют по формулам (1) или (2) в зависимости от способа установки импульсных трубок. При подаче давления в линию управления на закрытие клапана через импульсные трубки (не показаны), подсоединенные к штуцеру 10, происходит сжатие пружины 9 и перемещение поршня 8 вниз за счет давления рабочего агента, поступившего в полость А по каналу 12. Переместившийся вниз поршень 8 перекрывает сквозные радиальные отверстия 15 во втулке 14. При этом происходит подача скважинной среды по основному каналу, а подача скважинной среды из межтрубного пространства прекращается.
В случае если обе импульсные трубки выведены на устье, открытие клапана производят после сброса давления в линии закрытия клапана и подачи давления в линию управления открытия клапана через импульсные трубки (не показаны), подсоединенные к штуцеру 11. При этом пружина 9 разжимается, поршень 8 перемещается вверх за счет давления жидкости, поступившей в полость Б по каналу 13. Сквозные радиальные отверстия 15 втулки 14 открываются, начинается подача скважинной среды из межтрубного пространства, а подача скважинной среды по основному каналу 18 продолжается.
Заявляемое изобретение позволяет обеспечить лучшую герметичность клапана перепускного управляемого, а также эффективность, надежность и безаварийность работы клапана перепускного управляемого при одновременно-раздельной эксплуатации скважины, пластовая жидкость которой содержит механические примеси, а также обеспечить технологичность изготовления клапана перепускного управляемого.