Циркуляционный клапан

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к внутрискважинному оборудованию, и может использоваться при добыче нефти, промывке и освоении скважин, ликвидации гидратопарафиновых образований. Обеспечивает создание устройства с монолитным неразъемным корпусом, упрощение устройства, повышение его надежности, обеспечение возможности точной настройки для работы на заданной глубине в зависимости от плотности флюида и глубины погружения под динамический уровень. Сущность изобретения: устройство содержит полый корпус с присоединительными резьбами, подпружиненный золотник, уплотнительные элементы. При этом корпус клапана выполнен монолитным и неразборным. Канал золотника расположен на боковой поверхности корпуса и оснащен по торцам резьбовыми заглушками с уплотнительными элементами, между которыми расположен золотник в виде плунжера с центральным каналом и радиальными сквозными отверстиями, обеспечивающими циркуляцию флюида. Плунжер зафиксирован в закрытом положении с помощью тарированной пружины, на одном из торцов которой расположен блок регулировочных шайб, обеспечивающих точную настройку циркуляционного клапана на заданную глубину установки в зависимости от плотности флюида и глубины погружения под динамический уровень. Количество регулировочных шайб, необходимых для настройки циркуляционного клапана в зависимости от глубины установки, плотности флюида и глубины погружения под динамический уровень определено по аналитическому выражению. 2 ил.

 

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к внутрискважинному оборудованию, и может использоваться при добыче нефти, промывке и освоении скважин, ликвидации гидратопарафиновых образований.

Известен циркуляционный клапан (RU 2187623 С1, МПК E21B 34/06, 2002.08.20), состоящий из муфты с отверстиями, предохранительного кольца, заглушек с внутренним тупиковым каналом, открытым со стороны затрубного пространства, установленных в отверстиях муфты с возможностью слома под действием ударника-штанги, причем отверстия в муфте выполнены с резьбой, заглушки выполнены чугунными и ввернуты в отверстия муфты, при этом в предохранительном кольце выполнены отверстия, вершины заглушек расположены в упомянутых отверстиях предохранительного кольца с возможностью слома под действием ударника штанги на предохранительное кольцо.

Недостатком известного циркуляционного клапана является то, что он представляет собой одноразовое устройство, требует сброса в скважину ударной штанги и может использоваться только во время подъема лифтовых труб для обеспечения слива жидкости в затрубное пространство.

Известен также циркуляционный клапан (RU 2195553 С1, МПК E21B 49/00, 34/06, 2002.12.27), содержащий корпус с радиальными каналами, уравновешенный полый поршень с уплотнительными элементами и с верхним конусным седлом, причем полый поршень снабжен в верхней части пружиной и в нижней - цангой, а корпус выполнен с внутренним выступом для фиксации цанги.

Недостатком известного циркуляционного клапана является то, что для его включения необходим сброс в скважину стального шара, кроме того, конструкция предусматривает однократное использование клапана в скважине, для повторной подготовки клапана к работе его необходимо поднимать на устье.

Известен также циркуляционный клапан (RU 2211915 С2, МПК E21B 34/06, 2003.09.10), содержащий корпус в виде ступенчатого цилиндра с осевым каналом и седлом в днище, подвижно размещенный в корпусе полый ступенчатый золотник, выполненный с жестко связанным с ним кольцевым поршнем и образующий с корпусом кольцевую камеру, каналы в корпусе, связывающие кольцевую камеру с межтрубным пространством, и осевой канал корпуса с кольцевой камерой, причем он снабжен торцевым клапаном, корпус выполнен разъемным в виде верхней и нижней частей с седлом на верхнем торце нижней части корпуса, каналы в корпусе, связывающие кольцевую камеру с межтрубным пространством, выполнены продольными в месте разъема корпуса, канал, связывающий осевой канал корпуса с кольцевой камерой, выполнен дроссельным, в нижней части разъемного корпуса выполнено сужение с уплотнительным кольцом, торцевой клапан охватывает верхнюю часть разъемного корпуса и имеет возможность взаимодействия с седлом на верхнем торце нижней части корпуса, ход полого ступенчатого золотника с жестко связанным с ним ступенчатым кольцевым поршнем ограничен торцом верхней части разъемного корпуса, при этом ступенчатый кольцевой поршень при взаимодействии с уплотнительным кольцом образует герметичное соединение, ступенчатый золотник подпружинен, а диаметр ступенчатого кольцевого поршня в нижней части больше, чем в верхней.

Недостатком известного циркуляционного клапана является то, что его нельзя использовать в скважинах, оборудованных штанговыми насосными установками, нет полной уверенности, что сработает кольцевой ступенчатый поршень, так как обе его ступени находятся в одном цилиндре, торцевое уплотнение не гарантирует надежную герметизацию внутренней полости клапана.

Наиболее близким техническим решением является циркуляционный клапан (RU 2206714 С2, МПК E21B 34/06, 2003.06.20), содержащий полый ствол с окнами и присоединительными резьбами, уплотнительные кольца, подпружиненный золотник, установленный на стволе с возможностью регулирования поджатия пружины перемещением упора и перекрывающий своей юбкой окна в нижнем крайнем положении, поршневую ступенчатую пару, образованную золотником, стволом и размещенными в зазорах между ними уплотнительными элементами и гидравлически связанную с полостью ствола через отверстие, выполненное в стволе, причем уплотнительные элементы выполнены в виде деформируемых самоуплотняющихся манжет из эластомера, ступени поршневой пары выполнены с переменным сечением для изменения величины кольцевой площади поршневой ступенчатой пары в зависимости от положений золотника на стволе, причем в положении золотника, соответствующем открытому состоянию клапана, кольцевая площадь максимальна.

Недостатком известного клапана является сложность конструкции, вызванная необходимостью перемещения золотника по составному корпусу с концентрически расположенными поверхностями, что ведет к тому, что имеется вероятность заклинивания золотника, а также не исключена возможность самопроизвольного разъединения верхней и нижней частей составного корпуса. Отсутствуют точные критерии настройки клапана для установки его на заданной глубине в зависимости от плотности флюида и глубины погружения под динамический уровень скважины.

Задачей изобретения является создание циркуляционного клапана с монолитным неразборным корпусом, который можно использовать в скважинах, оснащенных как УШГН, так и УЭЦН, упрощение конструкции клапана, повышение его надежности, обеспечение возможности точной настройки клапана для работы на заданной глубине, в зависимости от плотности флюида и глубины спуска под динамический уровень.

Поставленная задача решается за счет того, что в циркуляционном клапане, содержащем полый корпус с присоединительными резьбами, подпружиненный золотник, уплотнительные элементы, согласно изобретению корпус клапана выполнен монолитным и неразборным, а канал золотника расположен на боковой поверхности корпуса и оснащен по торцам резьбовыми заглушками с уплотнительными элементами, между которыми расположен золотник в виде плунжера с центральным каналом и радиальными сквозными отверстиями, обеспечивающими циркуляцию флюида, плунжер зафиксирован в закрытом положении с помощью тарированной пружины, на одном из торцов которой расположен блок регулировочных шайб, количество которых определено по формуле:

где n - количество регулировочных шайб для настойки циркуляционного клапана на глубину его спуска, плотность флюида и глубину спуска под динамический уровень;

π - число «Пи»;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

ρ - плотность флюида, кг/м³;

d - диаметр плунжера, м;

k - жесткость пружины, Н/мм;

Н - глубина спуска клапана, м;

h - глубина спуска клапана под динамический уровень, м;

L₀ - длина пружины в свободном состоянии, мм;

L - габарит клапана, мм;

δ - толщина шайбы, мм.

На фиг.1 изображено устройство циркуляционного клапана; на фиг.2 - работа циркуляционного клапана.

В корпусе 1 с каналом 2 и эксцентрично расположенной клапанной камерой 3, устроены резьбы 4 и 5 для присоединения к колонне НКТ (не показана). Клапанная камера 3 с двух сторон закрыта резьбовыми заглушками: глухой 6 и сквозной 7. Внутри глухой резьбовой заглушки 6 устроен канал 8, гидравлически связанный с каналом 2 посредством отверстий 9 и 10. Внутри канала 8 перемещается плунжер 11, канал 12 которого гидравлически связан со сквозными радиальными отверстиями 13. На наружной поверхности плунжера 11 устроен упор 14, на который снизу установлен комплект регулировочных шайб 15, подпираемый пружиной 16. Проточка 17 плунжера 11 сопрягается с каналом 18 сквозной пробки 7. Торец 19 проточки 17 расположен на расстоянии "В" от торца 20 сквозной пробки 7, что обеспечивает рабочий ход плунжера 11 при открытии циркуляционного клапана. Все сопрягаемые детали клапана изолированы уплотнительными элементами (не показаны).

Циркуляционный клапан работает следующим образом.

При необходимости обеспечения циркуляции из полости НКТ в затрубное пространство (не показаны) на устье скважины создается избыточное давление в полости НКТ. При этом давление столба жидкости из канала 2 через отверстие 9 передается в канал 8 над плунжером 11. С ростом давления плунжер 11 перемещается вниз, сжимая пружину 16, и садится на торец 19, ограничивающий его ход. Одновременно открывается гидравлическая связь между полостью НКТ (через канал 2, отверстие 10, радиальные отверстия 13 плунжера 11, канал 12, канал 18 сквозной пробки 7) и затрубным пространством, и обеспечивается переток жидкости из полости НКТ в затрубное пространство.

После завершения циркуляции давление в полости НКТ снижается до гидростатического, плунжер 11 под действием пружины 16 возвращается в исходное положение, при этом радиальные отверстия 13 плунжера 11 перемещаются вверх по каналу 8 глухой пробки 6, и гидравлическая связь между полостью НКТ и затрубным пространством прерывается.

Циклы повторяются неограниченное число раз.

Настройка циркуляционного клапана на срабатывание в зависимости от глубины, плотности добываемого флюида, глубины спуска под динамический уровень производится путем изменения количества регулировочных шайб 15, число которых определяется по формуле (1).

Использование предлагаемого циркуляционного клапана позволит проводить закачивание различных ингибиторов и растворителей АСПО непосредственно в колонну НКТ на работающих скважинах, оснащенных как УШГН, так и УЭЦН, увеличит межремонтный период во время эксплуатации глубинно-насосного оборудования, обеспечит высокую степень надежности, безопасности работ, значительную экономию материальных ресурсов.

Кроме того, циркуляционный клапан можно использовать в качестве устройства для создания ударной нормируемой репрессии на пласт, что актуально в процессе освоения скважин, интенсификации притока пластового флюида и при проведении ремонтно-изоляционных работ.

Циркуляционный клапан, содержащий полый корпус с присоединительными резьбами, подпружиненный золотник, уплотнительные элементы, отличающийся тем, что корпус клапана выполнен монолитным и неразборным, а канал золотника расположен на боковой поверхности корпуса и оснащен по торцам резьбовыми заглушками с уплотнительными элементами, между которыми расположен золотник в виде плунжера с центральным каналом и радиальными сквозными отверстиями, обеспечивающими циркуляцию флюида, плунжер зафиксирован в закрытом положении с помощью тарированной пружины, на одном из торцов которой расположен блок регулировочных шайб, количество которых определено по формуле:

где n - количество регулировочных шайб для настройки циркуляционного клапана на глубину его спуска, плотность флюида и глубину спуска под динамический уровень;

π - число «Пи»;

g - ускорение свободного падения, м/с;

ρ - плотность флюида, кг/м³;

d - диаметр плунжера, м;

k - жесткость пружины, н/мм;

Н - глубина спуска клапана, м;

h - глубина спуска клапана под динамический уровень, м;

L₀ - длина пружины в свободном состоянии, мм;

L - габарит клапана, мм;

δ - толщина шайбы, мм.