ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ КЛАПАН

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройству для сообщения и разобщения затрубного пространства скважины с внутренней полостью лифтовых труб при освоении и глушении скважин, оборудованных пакером, в процессе эксплуатации скважины и добычи из нее углеводородного сырья.
Известен циркуляционный клапан, используемый для обеспечения гидравлической связи межтрубного пространства с внутритрубным при проведении технологических операций и состоящий из корпуса со сквозным осевым каналом, верхним патрубком и нижней присоединительной резьбой, RU №2506411 C1, E21B 34/10, 10.02.2014; RU №2483196 C1, E21B 34/06, F16K 17/04, 27.05.2013; RU №2483195 C1, E21B 34/06, 27.05.2013; RU №2211915 C2, E21B 34/06, 10.09.2003.
Известен циркуляционный клапан для испытания пластов, предназначенный для создания циркуляции скважина - труба при подъеме колонны и содержащий корпус с радиальными циркуляционными отверстиями, с установленным подвижно в корпусе дифференциальным полым штоком с уплотнениями, цангу с выступами, связанную с дифференциальным полым штоком, RU №2200837 C1, E21B 34/06, E21B 49/00, 20.03.2003.
Известен циркуляционный клапан, относящийся к внутрискважинному эксплуатационному оборудованию, используемый при добыче нефти и газа, при глушении, промывке и освоении скважин, содержащий полый ствол с окнами и присоединительными резьбами, уплотнительные кольца, подпружиненный золотник, уплотнительные элементы, расположенные между золотником и стволом и выполненные в виде деформируемых самоуплотняющихся манжет из эластомера, RU №2206714 C2, E21B 34/06, 20.06.2003.
Известен циркуляционный клапан для колонны насосно-компрессорных труб, содержащий корпус с проходным отверстием и боковым приливом, полость которого сообщается с полостью корпуса и затрубным пространством, и размещенную в полости бокового прилива пару седло-шар, RU №48576 U1, E21B 34/06, 27.10.2005.
Известен циркуляционный клапан, относящийся к внутрискважинному оборудованию и используемый при добыче нефти, промывке и освоении скважин, ликвидации гидратопарафиновых образований, RU №2325508 C2, E21B 34/06, 27.05.2008; RU №46039 U1, E21B 34/06, 10.06.2005.
Известен циркуляционный клапан, используемый в нефтяных скважинах, оборудованных глубинными насосами для их промывки или обработки в ходе работ по увеличению нефтедобычи, и содержащий, установленные в цилиндрическом корпусе, неподвижное кольцевое седло и затвор, выполненный в виде подвижной втулки, RU №56463 U1, E21B 34/06, 10.09.2006; RU №46807 U1, E21B 34/06, 27.07.2005.
Известен циркуляционный клапан, относящийся к области эксплуатации нефтегазовых скважин и устанавливаемый в пакерных компоновках подземного оборудования при проведении скважинных работ, связанных с циркуляцией жидкости между затрубным и внутритрубным пространствами, RU №2439290 C1, E21B 34/06, 10.01.2012; RU №103378 U1, E21B 34/06, E21B 34/08, E21B 34/10, 10.04.2011.
Известные циркуляционные клапаныимеют индивидуальное конструктивное выполнение.
Известен циркуляционный клапан, содержащий составной корпус, включающий нижний корпус, верхний корпус и центральный корпус, установленный между нижним и верхним корпусами и выполненный с радиальными окнами, гильзу с радиальными окнами, выполненную с возможностью перемещения вдоль оси, и два пакета уплотнений, состоящие каждый их манжет и опорного кольца, RU №111884 U1, E21B 34/06, 27.12.2011.
Данное техническое решение принято в качестве ближайшего аналога настоящей полезной модели.
В циркуляционном клапане ближайшего аналога перемещение гильзы в составном корпусе, включающем нижний корпус (корпус), центральный корпус (кожух) и верхний корпус (голова), производится посредством шарика бросаемого в седло гильзы с последующей подачей жидкости по трубному пространству под давлением и выбрасыванием шарика на устье добываемым флюидом, а также возврат гильзы в закрытое положение клапана пружиной, установленной в полости между гильзой и корпусом.
Конструкция циркуляционного клапана ближайшего аналога не позволяет осуществлять циркуляцию жидкости из затрубного пространства в трубную полость, т.к. клапан пружиной будет автоматически закрываться, а при работе по замещению жидкостей в скважине такой вариант встречается часто. Кроме этого, вымывание шарика добываемым флюидом может быть проблематичным из-за диаметра шарика, который меньше чем внутренний диаметр насосно-компрессорных труб, поэтому при низком дебите пласта и большой обводненности есть вероятность неудачной операции. Это является первым недостатком циркуляционного клапана ближайшего аналога.
Второй недостаток циркуляционного клапана ближайшего аналога заключается в установке в полость пружины, поскольку в процессе добычи газа вместе с ним из пласта выносятся механические примеси, которые в процессе перемещения к устью забивают полость или зазор между гильзой и корпусом. В этом случае трудно предположить - будет ли пружина перемещать гильзу или не будет.
В основу настоящей полезной модели положено решение задачи, позволяющей обеспечить и повысить надежность сообщения и разобщения затрубного пространства скважины с внутренней полостью лифтовых труб при освоении и глушении скважин, оборудованных пакером.
Технический результат настоящей полезной модели заключается в обеспечении возможности прокачивания жидкости в обоих направлениях, как из трубного в затрубное пространство, так и обратно за счет конструктивного выполнения гильзы, нижнего, центрального и верхнего корпусов и принципа переключения, в повышении надежность сообщения и разобщения при циркуляции жидкости в обоих направлениях за счет герметичности клапана при наличии уплотнений и системы уплотнителей.
Согласно полезной модели эта задача решается за счет того, что циркуляционный клапан содержит составной корпус, включающий нижний и верхний корпуса и центральный корпус.
Центральный корпус установлен между нижним и верхним корпусами и выполнен с радиальными окнами.
Циркуляционный клапан содержит гильзу с радиальными окнами.
Гильза выполнена с возможностью перемещения вдоль оси.
Циркуляционный клапан содержит два пакета уплотнений, состоящие каждый из манжет и опорного кольца.
В нижнем корпусе выполнены кольцевой уступ и три паза в его верхней, средней и нижней частях с внутренней стороны.
В верхнем корпусе установлено кольцо, на которое опирается гильза.
Гильза выполнена с дроссельными отверстиями, имеет возможность перемещения между кольцом и кольцевым уступом.
Гильза выполнена с нижним и верхним внутренними уступами.
Гильза снабжена скребковой втулкой, сопряженной с верхним корпусом.
Гильза снабжена пружинными фиксаторами, расположенными в ее нижней части и имеющими возможность взаимодействия с тремя пазами нижнего корпуса.
Дополнительно установлен третий пакет уплотнений, имеющий возможность взаимодействия с верхним и центральным корпусами и расположенный между первым и вторым пакетами уплотнений.
Второй пакет уплотнений размещен между гильзой и нижним корпусом.
Дополнительно установлены упругие уплотнители: в нижнем корпусе с возможностью взаимодействия с гильзой, в скребковой втулке с возможностью взаимодействия с верхним корпусом и между гильзой и верхним корпусом, соответственно.
При этом третий пакет уплотнений содержит предохранительные кольца и упругое уплотнение, которые снимают нагрузку от гидроудара в процессе переключения клапана.
При этом манжеты, как в первом, так и во втором пакетах уплотнений выполнены из упругого материала, каждая из которых может иметь различную твердость, а опорное кольцо выполнено из неупругого материала.
Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о техническом решении, идентичном признакам, приведенным в формуле настоящей полезной модели, это определяет, по мнению заявителя, соответствие полезной модели критерию «новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где изображены:
на фиг. 1 - Циркуляционный клапан в открытом положении, разрез;
на фиг. 2 - Узел А на фиг. 1, разрез;
на фиг. 3 - Узел Б на фиг. 1, разрез;
на фиг. 4 - Узел В на фиг. 1, разрез;
на фиг. 5 - Узел Г на фиг. 1, разрез;
на фиг. 6 - Узел Д на фиг. 1, разрез;
на фиг. 7 - Циркуляционный клапан в положении уравнивания давления, разрез;
на фиг. 8 - Циркуляционный клапан в закрытом положении, разрез.
Циркуляционный клапан содержит:
Составной корпус - 1.
Нижний корпус (корпуса 1) - 2,
кольцевой уступ (на корпусе 2) - 3,
пазы (внутри корпуса 2 в его верхней, средней и нижней частях) - 4.
Центральный корпус (корпуса 1) - 5,
радиальные окна (в корпусе 5) - 6.
Верхний корпус (корпуса 1) - 7,
кольцо (в корпусе 7) - 8.
Гильзу (между уступом 3 и кольцом 8) - 9,
радиальные окна (гильзы 9) - 10,
дроссельные отверстия (гильзы 9) - 11,
пружинные фиксаторы (гильзы 9 взаимодействуют с канавками 4) - 12.
Нижний внутренний уступ (гильзы 9) - 13,
верхний внутренний уступ (гильзы 9) - 14.
Скребковую втулку (гильзы 9) - 15.
Первый пакет уплотнений (между гильзой 9 и корпусом 7) - 16.
Второй пакет уплотнений (между гильзой 9 и корпусом 2) - 17.
Манжеты из твердого упругого материала (в пакетах 16 и 17) - 18,
манжеты из мягкого упругого материала (в пакетах 16 и 17) - 19,
опорное кольцо (в пакетах 16 и 17) - 20.
Третий пакет уплотнений (между пакетами 16 и 17 взаимодействует корпусом 7 и корпусом 5) - 21,
предохранительные кольца (пакета 21) - 22,
упругое уплотнение (колец 22) - 23.
Упругий уплотнитель (в корпусе 2 взаимодействует с гильзой 9) - 24.
Упругий уплотнитель (втулки 15 взаимодействует с корпусом 7) - 25.
Упругий уплотнитель (между гильзой 9 и корпусом 7) - 26.
Циркуляционный клапан содержит составной корпус 1, включающий нижний 2, верхний 7 и центральный 5 корпуса, гильзу 9, первый 16 и второй пакеты уплотнений и дополнительный третий пакет уплотнений 21, упругие уплотнители 24, 25, 26.
Центральный корпус 5 установлен между нижним 2 и верхним 7 корпусами и выполнен с радиальными окнами 6.
В нижнем корпусе 2 выполнены кольцевой уступ 3 и три паза 4 в его верхней, средней и нижней частях с внутренней стороны.
В верхнем корпусе 7 установлено кольцо 8.
Гильза 9 опирается на кольцо 8, имеет радиальные окна 10 и дроссельные отверстия 11, выполнена с возможностью перемещения вдоль оси между кольцом 8 и кольцевым уступом 3.
Гильза 9 выполнена с нижним 13 и верхним 14 внутренними уступами.
Гильза 9 снабжена скребковой втулкой 15, сопряженной с верхним корпусом 7
Гильза 9 снабжена пружинными фиксаторами 12, расположенными в ее нижней части и имеющими возможность взаимодействия с тремя пазами 4 нижнего корпуса 2.
Первый 16 и второй 17 пакеты уплотнений состоят каждый из манжет 18 и 19 и опорного кольца 20. Манжеты 18 и 19, как в первом 16, так и во втором 17 пакетах уплотнений выполнены из упругого материала, каждая из которых может иметь различную твердость. Опорное кольцо 20 выполнено из неупругого материала.
Второй пакет 17 уплотнений размещен между гильзой 9 и нижним корпусом 2.
Дополнительный третий пакет уплотнений 21 имеет возможность взаимодействия с верхним 7 и центральным 5 корпусами и расположен между первым 16 и вторым 17 пакетами уплотнений, размещенным между гильзой 9 и нижним корпусом 2.
Третий пакет уплотнений 21 содержит предохранительные кольца 22 и упругое уплотнение 23, которые снимают нагрузку от гидроудара в процессе переключения клапана.
Упругие уплотнители 24 установлены в нижнем корпусе 2 с возможностью взаимодействия с гильзой 9.
Упругие уплотнители 25 установлены в скребковой втулке 15 с возможностью взаимодействия с верхним корпусом 7.
Упругие уплотнители 26 установлены между гильзой 9 и верхним корпусом 7.
Эксплуатацию циркуляционного клапана осуществляют следующим образом.
В процессе эксплуатации скважины радиальные окна 6 в корпусе 5, радиальные окна 10 и дроссельные отверстия 11 гильзы 9 не сообщаются между собой, так как гильза 9 при наличии пружинных фиксаторов 12 удерживается в пазу 4 верхней части нижнего корпуса 2. При этом поток добываемого флюида будет всегда удерживать гильзу 9 в закрытом положении за счет сил трения, а механические примеси, выносимые газом из пласта, не будут снизу попадать в зазор между гильзой 9 и нижним корпусом 2 за счет уплотнителя 24. Клапан закрыт.
Для создания сообщения затрубного пространства скважины с внутренней полостью лифтовых труб в скважину проволочной лебедкой спускают на механическом яссе инструмент (не показан) для переключения клапана, который садится на нижний внутренний уступ 13 гильзы 9.
Ударами ясса перемещают гильзу 9 до фиксации ее пружинным фиксатором 12 в пазу 4 средней части нижнего корпуса 2 (фиг. 7). Тогда дроссельные отверстия 11 разместятся напротив радиальных окон 6 центрального корпуса 3. В этот момент начнется медленное уравнивание давлений трубной и затрубной полостей эксплуатационной колонны и при этом гидроудар исключается. Клапан в промежуточном положении.
В процессе этого переключения, при прохождении дроссельных отверстий 11 вниз через первый пакет уплотнений 16, установленных на верхнем корпусе 7, они окажутся между первым пакетом уплотнений 16 и третьим пакетом уплотнений 21. Вследствие этого произойдет сброс давления из полости между пакетами 16 и 21, что при последующем переключении клапана в открытое положение предохранит первый пакет уплотнений 16 от возможных срезаний кромками радиальных окон 10 из-за остаточного давления, которое может оказаться в трубе или в затрубном пространстве.
Дальнейшими ударами ясса гильза 9 перемещается до упора в нижнее положение, где пружинный фиксатор 12 гильзы 9 зафиксируется в пазу 4 нижней части нижнего корпуса 2. При этом радиальные окна 10 гильзы 9 будут находиться напротив радиальных окон 6 центрального корпуса 5. Инструмент переключения при дальнейших ударах по нему автоматически расцепится с гильзой 9, после чего его необходимо поднять на устье. Клапан открыт и готов к прокачке жидкости как в одну, так и в другую сторону.
Для закрытия клапана спускают тот же инструмент на яссе, но перевернутый на 180 градусов. К забою он проходит без задержки, а при подъеме цепляется за верхний внутренний уступ 14 гильзы 9. Ударами ясса гильзу 9 перемещают в исходное верхнее положение. При упоре гильзы 9 в верхний корпус 7 инструмент автоматически отцепляется. Клапан закрыт.
Выполнение составного корпуса 1 из нижнего 2, верхнего 7 и центрального 5 корпусов и конструктивное выполнение гильзы 9 обеспечивают возможность циркуляции жидкости в обоих направлениях, как из трубного в затрубное пространство, так и обратно.
Выполнение центрального корпуса 5 с радиальными окнами 6, выполнение в нижнем корпусе 2 кольцевого уступа 3 и трех пазов 4 и установка в верхнем корпусе 7 кольца 8 позволяет при соответствующем конструктивном выполнении гильзы 9 осуществлять сообщение и разобщение затрубного пространства скважины с внутренней полостью лифтовых труб с циркуляцией жидкости в обоих направлениях.
Выполнение гильзы с радиальными окнами 10, дроссельными отверстиями 11, с возможностью перемещения вдоль оси между кольцом 8 и кольцевым уступом 3, нижним 13 и верхним 14 внутренними уступами и снабжение ее скребковой втулкой 15 и пружинными фиксаторами 12, расположенными в ее нижней части и имеющими возможность взаимодействия с тремя пазами 4 нижнего корпуса 2 способствует циркуляции жидкости в обоих направлениях.
Выполнение первого 16 и второго 17 пакетов уплотнений и дополнительного третьего пакета уплотнений 21, и наличие упругих уплотнителей 24, 25, 26 способствуют увеличению герметичности клапана и повышают надежность сообщения и разобщения затрубного пространства скважины с внутренней полостью лифтовых труб при освоении и глушении скважин, оборудованных пакером, и защите подвижных поверхностей от механических примесей.
В предложенном циркуляционном клапане использованы детали и узлы, широко применяемые для скважинной арматуры, а изготовление циркуляционного клапана ООО «Научно-производственная фирма Завод «Измерон»» и проведение опытных испытаний обусловливает, по мнению заявителя, его соответствие критерию «промышленная применимость».