Клапан механический
MECHANICAL VALVE

Изобретение относится к области эксплуатации нефтегазовых скважин, а именно к клапанным устройствам, и может быть использовано для различных технологических операций при эксплуатации и ремонте скважин.
Известен циркуляционный клапан (RU 2439290), содержащий верхний и нижний переходники, корпус с радиальным гидравлическим каналом и установленный в стакане нижнего переходника полый поршень, имеющий спиральную пружину, канавки под уплотнительные элементы, радиальный гидравлический канал и фиксатор перемещения поршня, корпус собран из двух частей, соединенных между собой, с верхним и нижним переходниками резьбой и крепежными винтами, поршень выполнен с уступом, кольцевым выступом с уплотнительным кольцом, упором и посадочной поверхностью для его спиральной пружины, снабженной поджимной гайкой, которая по резьбе перемещается по внутренней поверхности одной части корпуса. Клапан предназначен для работы в пакерных компоновках подземного оборудования при проведении скважинных работ, связанных с прокачкой жидких или газообразных сред для многократного сообщения затрубного и внутритрубного пространств по заданному давлению во внутритрубном пространстве.
Недостатком известного клапана является срабатывание клапана от превышения давления, что приводит к избыточной нагрузке на колонну насосно-компрессорных труб (НКТ), насосного оборудования. Также давление срабатывания клапана зависит от уровня столба жидкости в НКТ и в затрубном пространстве. При подъеме НКТ клапан закрыт и отсутствует возможность обратной закачки. Кроме того, в конструкции клапана есть пружина, от усилия которой зависит работа клапана. Недостатком клапана является несвоевременный износ пружины за счет того, что происходит попадание скважинной или закачиваемой жидкости во внутреннюю полость клапана, где размещена пружина. Также недостатком является значительная металлоемкость и сложность конструкции клапана, отсутствие возможности слива жидкости при подъеме на поверхность, невозможность проведения обратной и комбинированной промывок.
Наиболее близким по технической сущности является циркуляционный клапан (RU 103378), содержащий верхний и нижний переходники НКТ, в которых на резьбе установлен корпус с радиальными гидравлическими каналами, с размещенным в нем полым поршнем с канавками под уплотнительные элементы, срезные винты, при этом поршень установлен с возможностью перемещения в стакане верхнего переходника и снабжен выступом, который с одной стороны, посредством кольцевой камеры, соединен радиальным гидравлическим каналом с затрубным пространством и воспринимает действие затрубного давления, а с другой стороны, ограничивает образованную между корпусом и поршнем, находящуюся под атмосферным давлением герметичную полость, перекрытую торцом верхнего переходника, при этом верхний и нижний переходники выполнены с канавками под уплотнительные элементы, а корпус в соединениях с верхним и нижним переходниками застопорен от произвольного раскручивания крепежными винтами. Конструкция циркуляционного клапана позволяет контролировать давление в кольцевом пространстве эксплуатационной колонны и при достижении критических значений открывать проход в полость НКТ, при этом давление открытия клапана не зависит от внутритрубного давления.
Недостатком клапана является то, что клапан является клапаном разового действия и открывается при избыточном давлении в затрубном пространстве, что отрицательно влияет на его эксплуатируемые возможности и на его герметичность. Также избыточное давление в затрубном пространстве нагружает колонну НКТ и эксплуатационную колонну, снижая их ресурс эксплуатации. Закрытие отверстий клапана не предусмотрено конструкцией клапана.
Техническим результатом настоящего изобретения является возможность закачки в призабойную зону пласта (ПЗП) реагентов и технологической жидкости, проведение обработки призабойной зоны (ОПЗ) скважины и очистки скважины от асфальто-смолисто-парафинистых отложений (АСПО), снижение металлоемкости и упрощение конструкции, наличие возможности слива жидкости при подъеме глубинно-насосного оборудования (ГНО), проведения прямой, обратной и комбинированной промывок, возможность применения клапана в скважинах малого диаметра, в боковых и горизонтальных стволах скважин, снижение денежных затрат на проведение операций по очистке колонны НКТ и эксплуатационной колонны от отложений, например, АСПО, и ОПЗ скважины в процессе эксплуатации скважины, увеличение ресурса эксплуатации эксплуатационной колонны.
Возможность закачки в ПЗП реагентов и технологической жидкости, проведение ОПЗ скважины и очистки скважины от АСПО достигается тем, что конструкция клапана обеспечивает проведение закачки реагентов и технологической жидкости по колонне НКТ, а не по эксплуатационной колонне, минуя эксплуатируемый штанговый глубинный насос (ШГН), тем самым предотвращая отрицательное воздействие закачиваемых реагентов и технологической жидкости на насос ШГН и эксплуатационную колонну, а также предупреждая несвоевременный износ насоса ШГН.
Снижение металлоемкости и упрощение конструкции достигается тем, что отсутствуют следующие составные элементы: крепежные винты, пружины, предохранительные втулки, пружинное кольцо, поджимная гайка и т.д.
Наличие возможности слива жидкости при подъеме ГНО достигается тем, что при подъеме колонны штанг происходит гарантированное открытие отверстий корпуса клапана, через которые происходит слив жидкости.
Проведение прямой, обратной и комбинированной промывок достигается тем, что открытое положение клапана фиксируется цангой в верхнем гнезде корпуса клапана, при этом закрытие клапана происходит только с помощью центратора.
Возможность применения клапана в скважинах малого диаметра, в боковых и горизонтальных стволах скважин достигается конструкцией клапана, которая позволяет проводить открытие и закрытие клапана многократно путем перемещения колонны штанг, используя наземный привод, при этом корпус клапана имеет минимальный наружный диаметр.
Снижение денежных затрат на проведение операций по очистке колонны НКТ и эксплуатационной колонны от отложений, например, АСПО, и ОПЗ скважины в процессе эксплуатации скважины достигается конструкцией клапана, которая позволяет проводить вышеуказанные операции без привлечения бригад текущего и капитального ремонта скважин.
Увеличение ресурса эксплуатации эксплуатационной колонны достигается конструкцией клапана, которая исключает воздействие давления, так как клапан открывается и закрывается механически путем перемещения колонны штанг.
Технический результат достигается тем, что корпус клапана снабжен цангой с внутренними и наружными буртиками, а сам клапан снабжен центратором, имеющим отверстия, предназначенные для уменьшения сопротивления потока добываемой и закачиваемой жидкости между центратором и внутренней поверхностью колонны НКТ, при этом центратор выполнен с возможностью перемещения по НКТ внутри корпуса клапана, при прохождении которого происходит перемещение поршня внутри корпуса клапана в верхнее положение, при котором обеспечивается сообщение трубного и затрубного пространств.
На фиг. 1 представлен клапан механический в закрытом положении, на фиг. 2 – в открытом положении.
На фиг.1 и фиг.2 использованы следующие обозначения: колонна штанг 1, центратор 2, корпус 3, уплотнительные кольца 4, отверстия 5 корпуса 3, поршень 6, цанга 7, наружные 8 и внутренние 9 буртики, отверстия 10 центратора 2.
Клапан (фиг. 1, 2) содержит корпус 3 с отверстиями 5 для сообщения трубного и затрубного пространств, установленный в корпусе 3 поршень 6, уплотнительные кольца 4. Также в корпусе 3 установлена цанга 7 с наружными 8 и внутренними 9 буртиками, связанная с поршнем 6. Клапан снабжен центратором 2 с отверстиями 10, предназначенными для уменьшения сопротивления потока добываемой и закачиваемой жидкости между центратором 2 и внутренней поверхностью колонны НКТ (на фиг. не показана).
Последовательность спуска клапана с ШГН в скважину: сначала на колонне НКТ в скважину спускают корпус 3 клапана, в котором размещены поршень 6 и цанга 7, далее на колонне штанг 1 производят спуск центратора 2, который проходит через корпус 3 клапана и размещается под клапаном (фиг. 1).
Клапан работает следующим образом.
При перемещении колонны штанг 1 с центратором 2 вверх, центратор 2 упирается во внутренние буртики 9 цанги 7. Продолжая движение вверх, центратор 2 перемещает цангу 7 и поршень 6 в крайнее верхнее положение в корпусе 3 клапана. Цанга 7 наружными буртиками 8 фиксируется в верхнем гнезде (на фиг. не показано) корпуса 3 клапана. При этом отверстия 5 корпуса 3 открываются и происходит сообщение трубного и затрубного пространств. После фиксации цанги 7 в верхнем гнезде, центратор 2 проходит через цангу 7 и находится над корпусом 3 клапана (фиг. 2).
В открытом положении клапана (фиг. 2) можно: закачивать реагент в призабойную зону эксплуатируемого пласта скважины по колонне НКТ, минуя эксплуатируемый насос; при необходимости проводить прямую, обратную или комбинированную промывки колонны НКТ и эксплуатационной колонны от АСПО с выходом промывочной жидкости на поверхность.
Закрытие клапана происходит при перемещении центратора 2 на колонне штанг 1 вниз (фиг.2). Упираясь во внутренние буртики 9 цанги 7, центратор 2 перемещает цангу 7 с поршнем 6 в крайнее нижнее положение, фиксируя наружными буртиками 8 цангу 7 в нижнем гнезде (на фиг. не показано) корпуса 3 клапана. После фиксации цанги 7 в нижнем гнезде, центратор 2 проходит через цангу 7 и располагается под корпусом 3 клапана (фиг. 1).
При необходимости извлечения клапана из скважины сначала на колонне штанг 1 поднимают центратор 2, далее на колонне НКТ поднимают корпус 3 клапана одновременно с поршнем 6 и цангой 7.
Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает закачку в ПЗП реагентов и технологической жидкости, проведение ОПЗ скважины и очистки скважины от АСПО, слив жидкости при подъеме ГНО, проведение прямой, обратной и комбинированной промывок, применение клапана в скважинах малого диаметра, в боковых и горизонтальных стволах скважин. Снижается металлоемкость и упрощается конструкция, снижаются денежные затраты на проведение операций по очистке колонны НКТ и эксплуатационной колонны от отложений, например, АСПО, и ОПЗ скважины в процессе эксплуатации скважины, увеличивается ресурс эксплуатации эксплуатационной колонны.