СКВАЖИННОЕ КЛАПАННОЕ УСТРОЙСТВО
DOWNHOLE VALVE UNIT

Изобретение относится с скважинному оборудованию и может быть использовано в нефтегазодобывающих скважинах, оборудованных погружными электроцентробежными насосами (далее ЭЦН).
Известно скважинное клапанное устройство, содержащее корпус с верхней внутренней и нижней наружной присоединительными резьбами, решетку, неподвижно установленную в расточке, выполненной в средней части корпуса, и клапанную пару, состоящую из седла и запорного элемента, имеющего возможность перемещаться вдоль корпуса туда и обратно [пат. RU №2250353, кл. E21B 34/06, 2005 г.]. В соответствии с ним в нижней части корпуса выполнены боковой и продольный каналы, снабженные седлами с шариковым запорным элементом, установленным на седле бокового канала и имеющим возможность перемещения через расточку в продольный канал и обратно.
Недостатком устройства является то, что оно работает только как обратный клапан. Устройство предназначено для подачи пластовой жидкости к устью скважины и промывки насосно-компрессорных труб через затрубное пространство. Устройство не предназначено для промывки ЭЦН. Еще одним недостатком устройства является недостаточно надежное перекрытие запорным элементом канала прохода пластовой жидкости, содержащей твердые частицы, к ЭЦН при отключении последнего, что приводит к его обратному турбинному вращению.
пат. RU
Известно скважинное клапанное устройство, содержащее корпус с верхней внутренней и нижней наружной присоединительными резьбами, решетку, неподвижно установленную в расточке, выполненной в средней части корпуса, и клапанную пару, состоящую из седла и запорного элемента, имеющего возможность перемещаться вдоль корпуса туда и обратно [ №2237212]. В соответствии с ним поверхность запорного элемента, контактирующая с участками седла, выполнена по сфере; причем уплотнительный участок седла представляет собой самоуплотняющуюся манжету специальной конструкции.
По сравнению с вышерассмотренным данное устройство обеспечивает более надежное перекрытие запорным элементом проходного для пластовой жидкости канала после отключения ЭЦН даже при наличии твердых частиц, тем самым предотвращая обратное турбинное вращение насоса.
Недостатком данного устройства, как и вышерассмотренного, является то, что оно работает только как обратный клапан. Устройство предназначено для подачи пластовой жидкости к устью скважины. Устройство не предназначено для промывки насосно-компрессорных труб и ЭЦН.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому эффекту является скважинное клапанное устройство, содержащее корпус с верхней внутренней и нижней наружной присоединительными резьбами и расположенный внутри него узел, состоящий из решетки для прохода через нее пластовой жидкости или промывочной жидкости, неподвижно установленной в расточке, выполненной в средней части корпуса, из клапанной пары, выполненной в виде седла и запорного элемента, имеющего возможность перемещения вдоль корпуса туда и обратно, и из механизма механического привода запорного элемента [1) http://www.teh-maslo.ru/goods/31120864-klapan obratny sharikovy shok p 92 2) http://ukrsk.com.ua/klapan SHOK P.html]
В соответствии с ним устройство содержит две клапанные пары, разделенные между собой решеткой. Одна пара выполняет функцию обратного клапана, а другая - промывочного клапана. При этом запорный элемент клапанной пары промывочного клапана поджат снизу (со стороны забоя скважины) возвратно-прижимной пружиной.
Такое конструктивное исполнение клапанного устройства обеспечивает его многофункциональность в части обеспечения возможности его использования:
а) для подачи насосом пластовой жидкости;
б) опрессовки насосно-компрессорных труб;
в) промывки насосно-компрессорных труб и ЭЦН;
г) предотвращения обратного турбинного вращения ЭЦН.
Недостатками устройства являются следующие:
а) сложность конструкции, что усложняет его изготовление;
б) малый диаметр проходных каналов, что может привести к снижению со временем пропускной способности клапана из-за возможности образования в каналах отложения солей или асфальто-смолистых парафинных отложений;
в) ввиду того, что промывной клапан устройства рассчитан на определенное давление, существуют ограничения в применении в целом устройства, а точнее в зависимости от давления пластовой жидкости промывной клапан устройства должен иметь разные исполнения. В противном случае (если такового не выполнять) возможны внештатные ситуации, когда при меньшей величине давления пластовой жидкости под запорным элементом промывного клапана по сравнению с таковой над его запорным элементом последний будет находиться в приоткрытом состоянии, следствием чего является невозможность выполнения им защиты ЭЦН от турбинного вращения.
Отсюда следует, что данное устройство не надежно в эксплуатации и не универсально, т.к. возникает необходимость разработки индивидуального его исполнения под каждую группу скважин.
Задачей изобретения является обеспечение не только многофункциональности работы устройства, но и его универсальности при одновременном повышении надежности его работы, а также уменьшение затрат при его изготовлении и эксплуатации.
Поставленная задача решается за счет того, что в скважинном клапанном устройстве, содержащем корпус с верхней внутренней и нижней наружной присоединительными резьбами и расположенный внутри него узел, состоящий из решетки для прохода через нее пластовой и промывочной жидкости, неподвижно установленной в расточке, выполненной в средней части корпуса, из клапанной пары, выполненной в виде седла и запорного элемента, имеющего возможность перемещения вдоль корпуса туда и обратно, и из механизма механического привода запорного элемента, в соответствии с заявляемым техническим решением расположенный внутри его корпуса узел состоит из одной клапанной пары, в которой запорный элемент выполнен в виде тарелки, контактирует с седлом по его конической поверхности большим диаметром, обращенным в сторону решетки, и соединен с механизмом механического привода, в который наряду с возвратно-прижимной пружиной, расположенной между решеткой и запорным элементом, входит направляющая, проходящая через центральное отверстие в решетке, заканчивающаяся хвостовиком, выполненным с возможностью его захвата специальным инструментом для выдвижения хвостовика в направлении от забоя к устью скважины, а седло зафиксировано от осевого перемещения посредством втулки, решетки и стопорного кольца, установленного в расточке корпуса.
То, что расположенный внутри корпуса узел состоит из одной клапанной пары, позволяет упростить его конструктивное исполнение. Выполнение в клапанной паре запорного элемента в виде тарелки, контактирующей с седлом по его конической поверхности большим диаметром, обращенным в сторону решетки, а седла - с фиксацией от осевого перемещения посредством втулки, решетки и стопорного кольца, установленного в расточке корпуса, обеспечивает гарантированное открытие клапана под воздействием пластовой жидкости (которая по насосно-компрессорным трубам поднимается наружу), а также гарантированное его закрытие:
а) при остановке ЭЦН, предотвращая обратное турбинное вращение насоса и слив пластовой жидкости обратно в скважину, тем самым облегчая последующий пуск установки;
б) при опрессовке колонны насосно-компрессорных труб.
Соединение клапана (выполненного в виде тарелки) с механизмом механического привода, в который наряду с возвратно-прижимной пружиной, расположенной между решеткой и запорным элементом, входит направляющая, проходящая через центральное отверстие в решетке и заканчивающаяся хвостовиком, выполненным с возможностью его захвата специальным инструментом для выдвижения его в направлении от забоя к устью скважины, обеспечивает гарантированное открытие клапана для проведения промывки насоса путем подачи промывочной жидкости через колонну насосно-компрессорных труб (НКТ).
В новой совокупности существенных признаков у объекта изобретения появляется новое свойство: способность обеспечить возможность использования устройства для подачи насосом пластовой жидкости, опрессовки насосно-компрессорных труб, промывки насосно-компрессорных труб и ЭЦН при любом типе скважин и при этом упростить его конструктивное исполнение.
Благодаря новому свойству решается поставленная задача, а именно обеспечивается не только многофункциональность работы устройства, но и его универсальность при одновременном повышении надежности работы, а также уменьшаются затраты при его изготовлении и эксплуатации.
На фиг. 1 в разрезе изображен общий вид заявляемого скважинного клапанного устройства (положение исходное перед спуском в скважину в составе компоновки с НКТ и ЭЦН или при опрессовке колонны НКТ с устья или после остановки ЭЦН в скважине).
На фиг. 2 изображено место расположения заявляемого скважинного клапанного устройства в скважине.
На фиг. 3 в разрезе изображен общий вид заявляемого скважинного клапанного устройства (положение при работе ЭЦН).
На фиг. 4 в разрезе изображен общий вид заявляемого скважинного устройства (положение при открытии запорного элемента клапанной пары инструментом цанговым ЦН-22 для проведения операции промывки ЭЦН).
Заявляемое скважинное клапанное устройство (далее устройство) содержит корпус 1 с верхней внутренней и нижней наружной присоединительными резьбами 2, 3 и расположенный внутри него узел. Узел состоит из решетки 4 для прохода через нее пластовой жидкости, из одной клапанной пары в виде седла 5 и запорного элемента 6 и из механизма механического привода. Седло 5 зафиксировано от осевого перемещения посредством втулки 7, решетки 4 и стопорного кольца 8, установленного в расточке корпуса 1, выполненной в его средней части. Запорный элемент 6 выполнен в виде тарелки, контактирует с седлом 6 по его конической поверхности большим диаметром, обращенным в сторону решетки 4. Запорный элемент 6 соединен с направляющей 9 механизмом механического привода. Указанный привод состоит из направляющей 9, возвратно-прижимной пружины 10. Пружина 10 расположена по наружной поверхности направляющей 9 между решеткой 4 и запорным элементом 6 клапанной пары. Направляющая 9 заканчивается хвостовиком 11. Хвостовик 11 выполнен с возможностью его захвата специальным инструментом для его выдвижения в направлении от забоя к устью скважины. Герметичность по контактирующей поверхности седла 5 с корпусом 1 обеспечивается наличием уплотнения 12, а седла 5 с запорным элементом 6 - наличием уплотнения 13.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
В положении, показанном на фиг. 1, устройство работает при опрессовке колонны НКТ с устья или после остановки ЭЦН в скважине. При этом закрытое положение запорного элемента 6 при опрессовке НКТ перед началом работы ЭЦН и после остановки ЭЦН обеспечивают соответственно возвратно-прижимная пружина 10 и напор опрессовочной жидкости или возвратно-прижимная пружина 10 и вес столба жидкости.
В положении, показанном на фиг. 3, устройство работает следующим образом. При включении ЭЦН под действием столба жидкости возникает перепад давлений между зонами, расположенными до и после клапанной пары. При этом запорный элемент 6, преодолевая сопротивление возвратно-прижимной пружины 10, отходит от седла 5. В результате осуществляется проход пластовой жидкости в направлении к устью скважины (см. фиг. 2).
В положении, приведенном на фиг. 4, показана подготовка к работе и работа устройства при промывке ЭЦН.
Для включения устройства в режим промывки ЭЦН выполняется следующее. Заранее настроенный на имитаторе хвостовика инструмент цанговый ИЦ-22, ясс механический ЯСМ-500 и штангу грузовую ШГр-1500-32 спускают через лубрикатор скважинный Л65×35 на канатной проволоке диаметром не менее 2,5 мм до уровня расположения хвостовика 11. Затем цанговый инструмент цепляют за хвостовик 11 направляющей 9, соединенной с запорным элементом 6. Перемещая цанговый инструмент вверх (в сторону устья скважины), тянут запорный элемент 6 клапанной пары за хвостовик 11 и направляющую 9. В результате между запорным элементом 6 и седлом 5 образуется зазор, через который промывочная жидкость поступает в ЭЦН и осуществляется его промывка.
После завершения промывки ЭЦН цанговый инструмент посредством ясса отцепляют и извлекают на поверхность, а устройство переходит в режим классического обратного клапана.