Скважинный штуцерный клапан-отсекатель
BORE-PIECE CHOKE SHUTOFF VALVE

Изобретение относится к области нефтегазодобычи, а именно к техническим средствам исследования скважин и может быть применено при проведении гидродинамических исследований скважин с мгновенным закрытием и открытием скважин на забое и исследований методом установившихся отборов с применением забойных сменных штуцеров.
Для повышения качества гидродинамических исследований скважин на нестационарных режимах необходимо минимизировать влияние переходных процессов, происходящих в стволе скважины после ее "мгновенного" перехода на другой режим работы, а также ее "мгновенного" закрытия или открытия. Добиться этой цели можно путем применения устройств, позволяющих закрывать и открывать колонну насосно-компрессорных труб(НКТ), а также изменять режим отбора на забое.
В настоящее время большинство забойных клапанов-отсекателей применяются для предотвращения разного рода аварийных ситуаций, например, установкой пакера-гильзы с клапаном-отсекателем (а.с. 832378; а.с. 697684; а.с. 1010255), запорный узел которого управляется гидростатическим давлением жидкости, находящейся над пакером. Существует также ряд устройств, срабатывающих от увеличения перепада давления на встроенных в них штуцерах (Зайцев Ю.В, Максутов Р.А., Афандиянов Х.А. Оборудование для предотвращения открытых фонтанов нефтяных и газовых скважин. М.: Недра, 1973 г. ), а также клапан-отсекатель с поворотной заслонкой и открывающим ее толкателем (авт.Св. СССР №1694862)
Известен прямоточный скважинный клапан-отсекатель ОЗП-73, включающий закрепляемый на насосно-компрессорной трубе корпус с седлом, клапанный узел с подпружиненной откидной заслонкой, фиксирующее устройство, состоящее из цангового захвата, подвижного патрубка с проточкой и возвратной пружиной (Зайцев Ю.В, Максутов Р.А., Афандиянов Х.А. Оборудование для предотвращения открытых фонтанов нефтяных и газовых скважин. М.: Недра, 1973 г. )
Наиболее близким к предлагаемому устройству является известный по патенту на изобретение №2564701 (RU) «Прямоточный скважинный клапан-отсекатель», приводимый в действие спускаемым в скважину на тросе инструментом, относящийся к техническим средствам исследования скважин и применяемый для проведения гидродинамических исследований скважин с мгновенным закрытием скважины на забое.
Клапан-отсекатель включает закрепляемый на насосно-компрессорной трубе корпус с седлом, клапанным узлом, состоящим из откидной заслонки с прижимной пружиной, фиксирующего устройства, состоящего из цангового захвата, подвижного патрубка и возвратной пружины. При этом в верхней части корпуса выполнена конусная шейка, а управление закрытием заслонки производится с помощью спускаемого на канатной технике цангового захвата, имеющего на пружинных консолях цанги захватывающие зубья, входящие в зацепление с проточкой на подвижном патрубке, а также отклоняющие выступы, взаимодействующие с конусной шейкой на корпусе. Кроме того, корпус клапана-отсекателя снабжен расположенным ниже откидной заслонки патрубком с боковыми отверстиями для приема жидкости и проходным держателем для глубинного прибора.
Недостатком указанного устройства является трудоемкость процесса запуска скважины после окончания цикла работ по закрытию скважины на забое и сопровождающего этот процесс роста забойного давления. Запуск скважины в работу производится открытием заслонки под воздействием возвратной пружины, что возможно только после выравнивания давления над заслонкой и давления под ней. Для этого необходимо выполнить закачку жидкости в насосно-компрессорные трубы с использованием специальных агрегатов, при этом давление жидкости, закачиваемой в насосно-компрессорные трубы, нарушает фиксируемую глубинными приборами форму кривой изменения давления при пуске скважины. Кроме того, указанное устройство не обеспечивает возможность исследования скважины на нескольких стационарных режимах.
Техническим результатом изобретения является создание спускаемого на колонне НКТ и управляемого с помощью канатной техники штуцерного клапана отсекателя, позволяющего выполнять не только мгновенную остановку скважины на забое, но и пуск скважины, а также возможность изменять режим работы скважины с помощью переключения забойных штуцеров.
Указанный технический результат достигается за счет создания штуцерного клапана-отсекателя, включающего клапанный корпус с седлом для установки автономного глубинного прибора, клапанный узел, имеющий откидную заслонку с прижимной пружиной, штуцерный корпус со штуцерными каналами разного сечения и отбойником, подвижную трубку с боковыми отверстиями для приема жидкости и кольцевой выточкой в верхней части и возвратную пружину. Устройство управляется с помощью набора фиксирующих устройств, представляющих собой цанговые захваты, спускаемые на канатной технике. Каждый цанговый захват имеет на пружинных консолях цанги выступающие зубья, входящие в зацепление с кольцевой выточкой на подвижной трубке, а также отклоняющие выступы, взаимодействующие с отбойником на штуцерном корпусе и освобождающие выступающие зубья от зацепления с кольцевой выточкой на подвижной трубке. Текущее положение штуцерного клапана-отсекателя зависит от величины перемещения подвижной трубки при ее подъеме цанговым захватом, при этом последовательно происходит закрытие заслонки клапана и сообщение внутренней полости устройства с затрубным пространством скважины при совмещении бокового отверстия на подвижной трубке с одним из штуцерных каналов на штуцерном корпусе. Величина перемещения подвижной трубки до момента освобождения цангового захвата равна расстоянию между выступающим зубом и отклонителем на консолях выбранного цангового захвата.
Изобретение поясняется рисунком - фиг. 1, на котором изображен закрепленный на колонне НКТ скважинный штуцерный клапан-отсекатель при открытом клапане, а также цанговый захват, спускаемый на канатной технике (на фиг. 1 не показана),
где: 1 - клапанный корпус, 2- откидная заслонка, 3- прижимная пружина, 4 - штуцерный корпус, 5 - штуцерные каналы, 6 - уплотнительные кольца, 7 - отбойник, 8 - подвижная трубка, 9 - приемные отверстия, 10 - кольцевая выточка, 11 - возвратная пружина, 12 - цанговый захват. 13- зубья, 14 - отклонитель, 15 - автономный глубинный датчик, 16 - седло, 17 - муфта НКТ, 18 - труба НКТ, 19 - обсадная колонна.
Скважинный штуцерный клапан-отсекатель (фиг. 1) спускается в обсадную колонну 19 скважины на колонне НКТ 18 к которой присоединено с помощью муфты НКТ 17 и состоит из клапанного корпуса 1, на котором установлена откидная заслонка 2 с прижимной пружиной 3 и расположенным в нижней части клапанного корпуса 1 седлом 16 для установки глубинного датчика 15. К клапанному корпусу 1 присоединен штуцерный корпус 4, закрепляемый на трубе НКТ 18 с помощью муфты НКТ 17. Штуцерный корпус 4 имеет штуцерные каналы 5 разного сечения, между которыми имеются уплотнительные кольца 6. На внутренней поверхности штуцерного корпуса 4 имеется отбойник 7. Внутри штуцерного корпуса 4 расположена подвижная трубка 8 с приемными отверстиями 9 и кольцевой выточкой 10. На подвижной трубке 8располагается возвратная пружина 11. В состав скважинного штуцерного клапана-отсекателя входит также цанговые захваты 12 с выполненными на наружной поверхности консолей отклонителями 14 и расположенными на концах консолей зубьями 13.
Устройство работает следующим образом.
Скважинный штуцерный клапан-отсекатель присоединяется с помощью муфты НКТ 17 к колонне НКТ 18 и вместе с ней спускается в обсадную колонну эксплуатационной скважины 19. При спуске и перед началом работы клапан-отсекатель находится в нормально открытом положении с установленным в седле 16 автономным глубинным датчиком 15, при этом подвижная трубка 8, имеющая возможность осевого перемещения внутри штуцерного корпуса 4, под действием возвратной пружины 11, удерживает откидную заслонку 2 расположенную на клапанном корпусе 1 в открытом положении. После спуска устройства, установки его на забое скважины и регистрации автономным глубинным датчиком 15 необходимых параметров, скважину закрывают помощью клапана-отсекателя для регистрации изменения давления. Для этого на канатной технике производится спуск цангового захвата 12, который проходит внутрь штуцерного корпуса 4 и упирается в подвижную трубку 8, при этом выполненные на консольной части цангового захвата зубья 13 оказываются внутри кольцевой выточки 10 на подвижной трубке 8. При подъеме цангового захвата 12, зубья 13, взаимодействуя с кольцевой выточкой 10, поднимают подвижную трубку 8, конец которой перестает удерживать расположенную в клапанном корпусе 1 откидную заслонку 2 и она, под воздействием прижимной пружины 3, перекрывает доступ жидкости в внутрь устройства. Цанговый захват 12, продолжая движение вверх, достигает положения, при котором отклонители 14 начинают взаимодействовать с отбойником 7, консоли захвата отклоняются внутрь, вследствие чего зубья 13 выходят из кольцевой выточки 10 и захват, освобождаясь от контакта с устройством, поднимается из скважины. Давление под откидной заслонкой 2 после ее закрытия начинает возрастать, что не дает подвижной трубке 8 под воздействием возвратной пружины 11 открыть заслонку 2 обратно. Таким образом, прекращается поступление жидкости и газа в НКТ, то есть происходит закрытие скважины на забое. Для открытия скважины производится спуск цангового захвата 12 до упора в подвижную трубку 8, которая в свою очередь упирается в закрытую заслонку 2, при этом расположенные на концах консолей зубья 13 зацепляются за кольцевую выточку 10. При подъеме цангового захвата 12, расположенные на его поверхности отклонители 14 упираются в отбойник 7, что вызывает отклонение консолей внутрь и зубья 13 выходят из зацепления с кольцевой выточкой 10, при этом положение подвижной трубки 8, при котором происходит ее отцеп от цангового захвата зависит от расстояния L между зубьями 13 и отклонителями 14, которое для каждого цангового захвата выполняется таким, чтобы в момент отцепления подвижной трубки 8, приемное отверстие 9 совмещалось с одним из штуцерных каналов 5. После отцепления подвижная трубка 8 удерживается в выбранном положении за счет разницы давлений снаружи и внутри устройства, при этом переток жидкости между соседними отверстиями предотвращается уплотнительными кольцами 6.