СКВАЖИННОЕ КЛАПАННОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к промысловому подземному оборудованию и может быть использована при фонтанной, газлифтной или насосной добыче пластового флюида из скважин с произвольной ориентацией, 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 также 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 отверстиями в боковой стенке и фиксатором, 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 верхний корпус с отверстиями в стенке и соединенный с ним нижний корпус, запорный элемент, взаимодействующий с подвижным элементом, ограничитель хода запорного элемента в верхнем корпусе, большую пружину, обратный клапан, образованный клапанной парой седло-шар и удерживаемый в закрытом положении малой пружиной, и гайку, регулирующую сжатие большой пружины [ПМ №102671 РФ Е21В 34/06, 2011].
Недостаток принятого за прототип скважинного клапанного устройства заключается в том, что он не обеспечивает возможность фонтанной и газлифтной добычи пластового флюида из скважины. Это обусловлено тем, что изначально в скважинном клапанном устройстве отверстия в стенке верхнего корпуса перекрыты запорным элементом, а открытие вышеназванных отверстий происходит только при подаче технологической жидкости с поверхности, осуществляемой при промывке и глушении скважины.
Техническая задача, на решение которой направлена настоящая полезная модель, заключается в расширении технических возможностей скважинного клапанного устройства.
Поставленная задача решается тем, что в скважинном клапанном устройстве, включающем верхний корпус с отверстиями в стенке, нижний корпус, соединенный с верхним корпусом, запорный элемент с ограничителем хода, взаимодействующий с подвижным элементом, большую пружину и регулирующую ее сжатие гайку, обратный клапан, образованный клапанной парой седло-шар и удерживаемый в закрытом положении малой пружиной, согласно полезной модели, запорный элемент снабжен отверстиями в стенке, большая пружина установлена на запорном элементе и выполнена с меньшей жесткостью, чем малая пружина, обратный клапан размещен в пределах подвижного элемента, к верхнему корпусу присоединен дополнительный корпус, в котором расположен ограничитель хода запорного элемента, а гайка, регулирующая сжатие большой пружины, навинчена на запорный элемент.
При этом отверстия в стенке верхнего корпуса и в запорном элементе наклонены под одинаковым углом к оси для образования при совмещении единого канала.
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 верхний корпус 1 с отверстиями 2 в стенке и резьбовыми окончаниями, соединенный с ним нижний корпус 3, запорный элемент 4, состоящий из ступенчатого основания 5 и гладкого полого цилиндра 6 с отверстиями 7 в стенке и подвижный элемент 8, который размещен в нижней части корпуса 3 и контактирует со ступенчатым основанием 5. На полом цилиндре 6 запорного элемента 4 установлена большая пружина 9, зажатая между верхним корпусом 1 и ступенчатым основанием 5. Сверху на запорном элементе 4 навинчена гайка 10, регулирующая его осевое положение. Внутри подвижного элемента 8 размещен обратный клапан 11, образованный клапанной парой, состоящей из седла 12 и шара 13, которая удерживается в закрытом положении малой пружиной 14. Большая пружина 9 обладает меньшей жесткостью, чем малая пружина 14, благодаря чему при приложении давления к подвижному элементу 8 большая пружина 9 сжимается в первую очередь. К верхнему корпусу присоединен дополнительный корпус 15 с внутренним кольцевым выступом, который служит ограничителем хода 16 для запорного элемента 4. Запорный элемент 4 выполнен с возможностью скольжения в центральном отверстии верхнего корпуса 1 и по внутренней цилиндрической поверхности нижнего корпуса 3. Для обеспечения герметичности на сопрягающихся поверхностях подвижного элемента 8, запорного элемента 4 и верхнего элемента 1 имеются кольцевые канавки под уплотнительные элементы (не показаны). Отверстия 2 в стенке верхнего корпуса 1 и отверстия 7 в запорном элементе 4 наклонены под одинаковым углом к оси для образования при совмещении прямого канала (или гидравлической линии) с минимальным сопротивлением движению пластового флюида.
При эксплуатации данное скважинное клапанное устройство встраивается между погружным насосом и колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) и спускается в скважину. Изначально большая 9 и малая 14 пружины клапанного устройства распрямлены. При этом обратный клапан 11 находится в закрытом состоянии, запорный элемент 4 занимает крайнее нижнее положение, гайка 10 опирается на верхний торец корпуса 1, а отверстия 7 в стенке запорного элемента 4 совмещены с отверстиями 2 в стенке верхнего корпуса 1 (фиг. 1). Образованная при совмещении отверстий 2 и 7 гидравлическая линия сообщает полость запорного элемента 4 с затрубным пространством.
При фонтанной добыче за счет разности давлений в продуктивном пласте и на устье скважины пластовый флюид устремляется через совмещенные отверстия 2 и 7 внутрь запорного элемента 4 и движется по нему вверх. Далее пластовый флюид попадает в дополнительный корпус 12, а из него - в колонну НКТ, по которой поднимается на устье скважины. За счет давления столба жидкости, находящейся в колонне НКТ, шар 13 надежно удерживается в седле 12. 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 пластовый флюид под рабочим давлением погружного насоса поступает в нижний корпус 3 и оказывается одновременно под шариком 13 обратного клапана 11, поджатым малой пружиной 14, и под подвижным элементом 8, который опирается на запорный элемент 4, удерживаемый большой пружиной 9 (фиг. 2). Вследствие меньшей жесткости по сравнению с малой пружиной 14 большая пружина 9 сжимается быстрее и первым приходит в движение подвижный элемент 8, который перемещает запорный элемент 4 вверх до упора навинченной на него гайки 10 в ограничитель хода 13 в дополнительном корпусе 12. Сжатие большой пружины 9 и перемещение подвижного элемента 8 сопровождается смещением отверстий 7 в стенке запорного элемента 4 относительно отверстий 2 верхнего корпуса 1. При этом пластовый флюид, поступивший в корпус 3, поднимает шарик 13 с седла 12, сжимая малую пружину 14, и попадает внутрь запорного элемента 4. Далее описанным выше путем пластовый флюид оказывается на устье скважины.
После отключения погружного насоса для последующей промывки или глушения скважины в клапанном устройстве сначала распрямляется малая пружина 14 и закрывается обратный клапан 11, а затем распрямляется большая пружина 9 и запорный элемент 4 возвращается в начальное положение (фиг. 1). В результате отверстия 2 в верхнем корпусе 1 и отверстия 7 в запорном элементе 4 вновь совмещаются, и происходит восстановление гидравлической линии между полостью запорного элемента 4 и затрубным пространством, обеспечивающее возможность нагнетания под давлением технологической жидкости с поверхности через клапанное устройство в скважину. Благодаря закрытому обратному клапану 11 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 промывке и глушении скважины, при этом независимо от применяемого способа добычи пластового флюида обеспечивается эксплуатация скважины в непрерывном режиме.