Скважинный управляемый электромеханический клапан

Авторы патента:

E21B43/14 - добыча из скважин на нескольких горизонтах

E21B43/12 - способы или устройства для регулирования потока добываемой жидкости или газа в скважинах или к скважинам (E21B 43/25 имеет преимущество; клапанные устройства E21B 34/00)

E21B34/16 - средства управления клапанными устройствами, расположенные вне скважины

Изобретение относится к технике нефтепромыслового оборудования и может быть использовано с установками электрических центробежных насосов (УЭЦН) для одновременно-раздельной эксплуатации газовых, газоконденсатных и нефтяных скважин. Устройство включает блок управления, микроэлектродвигатель, редуктор, винтопару с гайкой, шарикоподшипники, винт, датчик давления, датчик температуры, шток, имеющий осевой и радиальные каналы, управляемый клапан с седлом. Блок управления, оснащенный датчиками давления и температуры, герметично соединен с кабелем питания и размещен снаружи внутреннего корпуса. Во внутреннем корпусе размещен компенсатор давления, содержащий поршень и заполненную маслом полость, над компенсатором давления размещена выравнивающая полость. Между наружным и внутренним корпусами образовано кольцевое пространство. В наружном корпусе, имеющем радиальные каналы, размещен поршень, который жестко соединен с верхней частью штока и имеет осевые каналы, под поршнем размещена полость. Обеспечивается передача показаний нижнего пласта в режиме онлайн на станцию управления, выравниваются силы, действующие на шток со стороны флюида верхнего и нижнего пластов, обеспечивается открытие и закрытие потока флюида с верхнего и нижнего пласта при различных положениях клапана.3 ил.

Предлагаемое изобретение относится к технике нефтепромыслового оборудования и может быть использовано с установками электрических центробежных насосов (УЭЦН) для одновременно-раздельной эксплуатации газовых, газоконденсатных и нефтяных скважин с глубоким залеганием продуктивных пластов и большим интервалом между ними.

Известен скважинный управляемый электромеханический клапан, выбранный в качестве аналога (патент РФ № 2645311, опубл. 20.02.2018 г., патентообладателем настоящего патента является заявитель). Клапан состоит из корпуса, переводника с типовым присоединительным разъемом или с разъемом типа «мокрый контакт», микроэлектродвигателя, питающегося от «нулевой точки» электродвигателя электрического центробежного насоса (ЭЦН), редуктора с винтопарой, полого штока с проходным каналом для измерения давления в пласте, дифференциального поршня, выравнивающего скважинное и пластовое давления, вспомогательного и управляемого клапана, к которому герметично подсоединена штуцерная трубка с внутренним зазором, в котором проходит трубка для измерения пластового давления, состыкованная с проходным каналом в полом штоке и герметично соединенная со вспомогательным клапаном. Штуцерная трубка сверху выполнена с радиальными отверстиями, а снизу – с каплевидными штуцерами и заглушена герметичной пробкой, внутри которой проходит нижний конец трубки для измерения пластового давления. Против штуцеров в ниппеле выполнена проточка, гидравлически соединенная через штуцеры с входными каналами в ниппеле.

Недостатками известного клапана являются отсутствие возможности: передачи показаний давления и температуры нижнего пласта в режиме онлайн на станцию управления; выравнивания сил, действующих на шток со стороны флюида верхнего и нижнего пластов; открыть или закрыть поток флюида верхнего пласта, открыть потока флюида одновременно с верхнего и нижнего пластов.

Известен скважинный управляемый электромеханический клапан, выбранный в качестве прототипа (патент РФ № 2620700, опубл. 29.05.2017 г., патентообладателем настоящего патента является заявитель). Скважинный управляемый электромеханический клапан состоит из корпуса, присоединительного “мокрого контакта”, привода, включающего микроэлектродвигатель, питающийся от “нулевой точки” электродвигателя центробежного насоса, и редуктор с выходным валом, жестко соединенным с гайкой винтопары, внутри которой перемещается винт, соосно сочлененный с полым штоком с проходным отверстием для измерения давления в пласте. На полом штоке установлен подвижный дифференциальный поршень, выравнивающий скважинное и пластовое давления. На свободном торце полый шток герметично сочленен со вспомогательным полым клапаном и седлом с выходным каналом в полость скважины, помещенными во внутреннюю полость управляемого полого клапана с седлом, регулирующим поток жидкости из пласта.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в создании конструкции скважинного управляемого электромеханического клапана для реализации возможности:

- передачи показаний нижнего пласта в режиме онлайн на станцию управления;

- выравнивания сил, действующих на шток со стороны флюида верхнего и нижнего пластов;

- открытия потока флюида с верхнего пласта, когда скважинный управляемый электромеханический клапан находится в закрытом положении;

- закрытия потока флюида с верхнего пласта, когда скважинный управляемый электромеханический клапан находится в открытом положении;

- открытия потока флюида верхнего и нижнего пластов, когда скважинный управляемый электромеханический клапан находится в частично открытом положении.

Технический результат достигается тем, что:

- блок управления, оснащенный датчиками давления и температуры, герметично соединен с кабелем питания и размещен снаружи внутреннего корпуса, во внутреннем корпусе размещен компенсатор давления, содержащий поршень и заполненную маслом полость, над компенсатором давления размещена выравнивающая полость, между наружным и внутренним корпусами образовано кольцевое пространство, в наружном корпусе, имеющем радиальные каналы, размещен поршень, который жестко соединен с верхней частью штока и имеет осевые каналы, под поршнем размещена полость.

Оборудование клапана блоком управления, оснащенным датчиками давления и температуры, который герметично соединен с кабелем питания и размещен снаружи внутреннего корпуса, обеспечивает передачу показаний давления и температуры нижнего пласта в режиме онлайн на станцию управления.

Размещение во внутреннем корпусе клапана компенсатора давления, содержащего поршень и заполненную маслом полость, размещение над компенсатором давления выравнивающей полости, размещение в наружном корпусе поршня, под которым имеется полость, обеспечивают выравнивание сил, действующих на шток со стороны флюида верхнего и нижнего пластов.

Радиальные каналы в наружном корпусе клапана и поршень с осевыми каналами позволяют открыть поток флюида с верхнего пласта, когда скважинный управляемый электромеханический клапан находится в закрытом положении, при котором поток флюида идет только с верхнего пласта.

Перекрытие радиальных отверстий в наружном корпусе клапана с помощью поршня с осевыми каналами позволяет закрыть поток флюида с верхнего пласта, когда скважинный управляемый электромеханический клапан находится в полностью открытом положении, при котором поток флюида идет только с нижнего пласта через кольцевое пространство, образованное между наружным и внутренним корпусами клапана.

Кольцевое пространство, образованное между наружным и внутренним корпусами клапана, радиальные отверстия в наружном корпусе клапана, и поршень с осевыми каналами позволяют открыть потока флюида верхнего и нижнего пластов, когда скважинный управляемый электромеханический клапан находится в частично открытом положении, при котором поток флюида идет одновременно с верхнего и нижнего пластов.

На фиг.1 приведена схема скважинного управляемого электромеханического клапана в закрытом положении.

На фиг.2 приведена схема скважинного управляемого электромеханического клапана в частично открытом положении.

На фиг.3 приведена схема скважинного управляемого электромеханического клапана в полностью открытом положении.

Скважинный управляемый электромеханический клапан состоит из наружного корпуса 1, в котором расположена герметизирующая пара, состоящая из седла 2 с управляемым клапаном 3, выполненным в виде сферической поверхности, плотно прилегающей к седлу 2, которое неподвижно установлено в наружном корпусе 1. Управляемый клапан 3, шток 4, винт 5, винтопара с гайкой 6, шарикоподшипники 7, микроэлектродвигатель с редуктором 8 находятся во внутреннем корпусе 9 скважинного управляемого электромеханического клапана. Внутренний корпус 9 расположен внутри наружного корпуса 1, между ними образовано кольцевое пространство 10 для потока флюида нижнего пласта. Верхняя часть штока 4 жестко соединена с поршнем 11, расположенном в наружном корпусе 1.

Привод (на фиг. не показан) с блоком управления 12 размещен снаружи внутреннего корпуса 9. Блок управления 12 герметично соединен с кабелем 13. Блок управления 12 оснащен датчиками давления 14 и температуры 15, которые контактирует с потоком флюида в кольцевом пространстве 10. В наружном корпусе 1 имеются радиальные каналы 16, сообщающие затрубное пространство с полостью А, размещенной под поршнем 11.

В штоке 4 расположены осевой 17 и радиальные 18, 19 каналы, которые сообщают полость А под поршнем 11 с выравнивающей полостью Б, размещенной над компенсатором давления (на фиг. не показан). В поршне 11 расположены осевые каналы 20, сообщающие полость А с полостью насосно-компрессорных трубах (НКТ) (на фиг. не показана). Во внутреннем корпусе 9 расположен компенсатор давления, состоящий из поршня 21 и заполненной маслом полости В.

Полость А, размещенная под поршнем 11, выравнивающая полость Б и заполненная маслом полость В служат для выравнивания сил, действующих на шток 4 со стороны флюида верхнего и нижнего пластов.

Предлагаемый скважинный управляемый электромеханический клапан работает следующим образом.

В скважину на НКТ спускается УЭЦН (на фиг. не показаны). При спуске скважинный управляемый электромеханический клапан находится в полностью открытом положении (фиг.3) и устанавливается на заданной глубине.

Со станции управления (на фиг. не показана), размещенной на устье, по кабелю 13 подается команда на блок управления 12 привести скважинный управляемый электромеханический клапан в одно из трех положений: закрытое, частично открытое или полностью открытое. Микроэлектродвигатель с редуктором 8 через винтопару с гайкой 6 и шарикоподшипники 7, передает осевое перемещение управляемому клапану 3 для выполнения команды привести скважинный управляемый электромеханический клапан в одно из трех положений.

При закрытом положении скважинного управляемого электромеханического клапана (фиг.1.) нижний пласт полностью изолирован герметизирующей парой. Флюид с верхнего пласта из затрубного пространства поступает через радиальные каналы 16 наружного корпуса 1 в полость А, далее через каналы 20 поршня 11 поступает на прием ЭЦН и далее в НКТ (на фиг. не показана), при этом датчики давления 14 и температуры 15 фиксируют показания нижнего пласта. Блок управления 12 передает показания датчиков давления 14 и температуры 15 нижнего пласта в режиме онлайн через кабель 13 на станцию управления (на фиг. не показана), размещенную на устье.

При частично открытом положении скважинного управляемого электромеханического клапана (фиг.2) флюид с верхнего пласта из затрубного пространства поступает через радиальные каналы 16 наружного корпуса 1 в полость А, далее через каналы 20 поршня 11 поступает на прием ЭЦН и далее в НКТ (на фиг. не показана). Флюид с нижнего пласта проходит по кольцевому пространству 10, далее через полость А и каналы 20 поршня 11 поступает на прием ЭЦН и далее в НКТ (на чертежах не показаны). Блок управления 12 передает показания датчиков давления 14 и температуры 15 нижнего пласта в режиме онлайн через кабель 13 на станцию управления (на фиг. не показана), размещенную на устье.

При полностью открытом положении скважинного управляемого электромеханического клапана (фиг.3) флюид с нижнего пласта проходит по кольцевому пространству 10 через полость А и каналы 20 и поступает на прием ЭЦН и далее в НКТ (на фиг. не показана). Флюид с верхнего пласта не поступает, т.к. отверстия 16 наружного корпуса 1 закрыты поршнем 11. Блок управления 12 передает показания датчиков давления 14 и температуры 15 нижнего пласта в режиме онлайн через кабель 13 на станцию управления (на фиг. не показана), размещенную на устье.

Таким образом, управляемый электромеханический клапан обеспечивает передачу показаний нижнего пласта в режиме онлайн на станцию управления; выравнивание сил, действующих на шток со стороны флюида верхнего и нижнего пластов; открытие потока флюида с верхнего пласта, когда скважинный управляемый электромеханический клапан находится в закрытом положении; закрытие потока флюида с верхнего пласта, когда скважинный управляемый электромеханический клапан находится в открытом положении; открытие потока флюида верхнего и нижнего пластов, когда скважинный управляемый электромеханический клапан находится в частично открытом положении.

Скважинный управляемый электромеханический клапан, включающий блок управления, микроэлектродвигатель, редуктор, винтопару с гайкой, шарикоподшипники, винт, датчик давления, датчик температуры, шток, имеющий осевой и радиальные каналы, управляемый клапан с седлом, отличающийся тем, что блок управления, оснащенный датчиками давления и температуры, герметично соединен с кабелем питания и размещен снаружи внутреннего корпуса, во внутреннем корпусе размещен компенсатор давления, содержащий поршень и заполненную маслом полость, над компенсатором давления размещена выравнивающая полость, между наружным и внутренним корпусами образовано кольцевое пространство, в наружном корпусе, имеющем радиальные каналы, размещен поршень, который жестко соединен с верхней частью штока и имеет осевые каналы, под поршнем размещена полость.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть применено для одновременно-раздельной эксплуатации продуктивных пластов насосными установками. Способ включает разработку двух продуктивных пластов одной скважиной по технологической схеме «ЭЦН-СШН».

Погружная установка для подъема пластовой жидкости // 2703577

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли и может быть применено для подъема пластовой жидкости на поверхность. Погружная установка для подъема пластовой жидкости содержит хвостовик, оборудованный пакером, колонну насосно-компрессорных труб с установленными на ней последовательно сверху вниз сливным клапаном, обратным клапаном и электрический кабель, закрепленный на колонне насосно-компрессорных труб при помощи зажимов.

Установка одновременно-раздельной добычи нефти скважиной с наклонно-направленными забоями // 2702801

Изобретение относится к добыче нефти и может быть применено для одновременно-раздельной добычи нефти одной восстановленной скважиной с пробуренными наклонно-направленными забоями.

Глубиннонасосная нефтедобывающая установка (варианты) // 2702187

Группа изобретений относится к горному делу и может быть применена для добычи нефти из глубоко расположенных пластов. Установка в первом варианте содержит колонну лифтовых труб, двухсторонний погружной электродвигатель (ПЭД), снабженный системой телеметрии, с центробежными насосами (ЦН), силовой кабель питания ПЭД, забойный пакер, разобщающий верхний и нижний нефтеносные пласты, соединенный с хвостовиком, оснащенным фильтром, для извлечения жидкости из нижнего пласта, опорный пакер с кабельным вводом, образующие межпакерную полость, и блок регулирования потоков и учета извлекаемых жидкостей (БРПУ), содержащий датчики контроля параметров пластовых жидкостей и регулируемые электроприводные клапаны (РЭК), установленные в обособленных каналах и связанные кабелем связи телемеханической системы с контрольно-измерительными приборами на панели станции управления.

Установка одновременно-раздельной добычи нефти скважиной с боковым наклонно-направленным стволом // 2702180

Изобретение относится к добыче нефти и может быть применено для одновременно-раздельной добычи скважинной жидкости скважиной с боковым наклонно-направленным стволом.

Насосная установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов скважины // 2699502

Изобретение относится к насосным установкам для одновременно-раздельной эксплуатации (ОРЭ) двух пластов скважины. Установка содержит подвешенные на колонне лифтовых труб и разделенные пакером верхний и нижний насосные агрегаты, состоящие из электродвигателя, гидрозащиты, входного модуля и погружного насоса.

Способ разработки многообъектного нефтяного месторождения (варианты) // 2696690

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при разработке многообъектных нефтяных месторождений. Способ разработки многообъектного нефтяного месторождения, содержащий два варианта проектирования скважин, зависящих от геологических особенностей объекта.

Способ эксплуатации нагнетательной скважины при одновременно-раздельной закачке жидкости // 2695910

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть применено для эксплуатации нагнетательной скважины при одновременно-раздельной закачке рабочего агента.

Погружная насосная установка // 2693119

Изобретение относится к установкам для добычи нефти из скважин погружными насосами одновременно из нескольких продуктивных пластов. Погружная насосная установка включает электродвигатель (1), центробежный насос (3) и подпорный струйный насос (2).

Нефтедобывающая установка // 2691039

Изобретение относится к горному делу и может быть применено для одновременно-раздельной добычи флюида из двух и более нефтеносных пластов одной скважиной. Нефтедобывающая установка содержит колонну насосно-компрессорных труб (НКТ), центробежный насос с электроприводом (ЭЦН) для извлечения скважинной жидкости, оснащенным блоком телеметрии, связанные силовым кабелем с наземной станцией управления скважиной (СУ), блок регулирования потоков и учета пластовых продуктов (БРПУ), содержащий датчики контроля параметров Р, Q, С, Т извлекаемой пластовой жидкости с контрольно-измерительными приборами на панели СУ и регулируемые электроприводные клапана (РЭК), связанные телемеханической системой управления и установленные в обособленных каналах БРПУ, сообщающихся входами с нефтеносными пластами, забойный пакер с якорным устройством, разобщающий нефтеносные пласты скважины, соединенный хвостовиком для забора жидкости из нижнего нефтеносного пласта скважины с входом в обособленный канал БРПУ стыковочным герметичным телескопическим соединением, и опорный пакер, установленный выше верхнего пласта, образующий надпакерную полость.

Способ и устройство для добычи тяжелой нефти // 2705680

Группа изобретений относится к технике добычи нефти и других жидкостей и, в частности, к технике подъема добываемой продукции скважин. Изобретения могут быть использованы для добычи нефти из скважин, в основном тяжелой нефти с повышенной плотностью и вязкостью, а также с увеличенным содержанием природных примесей - воды, песка, парафина в условиях высокого давления, газового фактора и низких температур.

Трубчатый элемент ствола скважины и способ управления скважинным флюидом // 2705673

Группа изобретений относится к трубчатым элементам с насадкой для управления скважинным флюидом. Технический результат – усовершенствованные трубчатые элементы с насадками.

Способ снижения давления попутного нефтяного газа в затрубном пространстве добывающих нефтяных скважин // 2705654

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано в скважинах с повышенным давлением попутного газа в затрубном пространстве и низким динамическим уровнем.

Скважинное устройство (варианты), устройство для регулирования потока и способ автономного направления потока флюида в подземный ствол скважины // 2705245

Группа изобретений относится к горному делу и может быть применена для регулирования потока в скважине. Устройство для установки в стволе скважины в подземном участке содержит: по существу трубчатую стенку корпуса, отделяющую внутреннюю часть скважинного устройства от внешней его части, проходящей в радиальном направлении наружу от указанной внутренней части и образующей при установке в стволе скважины совместно с указанным стволом скважины кольцевое пространство; и струйный диод, находящийся в гидравлическом сообщении между внутренней частью скважинного устройства и внешней частью скважинного устройства сквозь стенку корпуса.

Способ разработки высокопроницаемого пласта, насыщенного нефтью и подстилаемой подошвенной водой // 2705136

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при строительстве горизонтальных добывающих скважин для эксплуатации высокопроницаемых пластов с подошвенной водой.

Способ эксплуатации малодебитных обводненных скважин глубинно-насосной установкой // 2704417

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к разработке малодебитных и обводненных скважин. Технический результат – повышение эффективности отбора продукции из скважин вскрытого пласта.

Глубинное газоперепускное устройство для скважины, эксплуатируемой штанговым насосом // 2704088

Изобретение относится к добыче нефти в скважине, эксплуатируемой штанговым глубинным насосом, и может быть использовано для добычи нефти с любым содержанием попутного газа.

Способ эксплуатации скважины и устройство для его осуществления // 2704087

Группа изобретений относится к горной, нефтяной и газовой отраслям промышленности, в частности к эксплуатации скважин, осложненной наличием в них песка и асфальтосмолопарафиновых отложений, и может быть применена для интенсификации притока.

Дополнительные камеры уплотнительной секции погружного электрического насоса // 2702795

Группа изобретений относится к погружным насосным системам и, в частности, к их уплотнительным секциям. Технический результат – повышение надежности работы уплотнительных секций.

Автоматический дроссель // 2689956

Изобретение относится к автоматическим дросселям и может быть применено для эксплуатации фонтанирующих скважин в осложненных условиях. Устройство содержит корпус с приемной и отводящей камерами, связанными между собой через канал штуцера, стержень очистки канала с приводом перемещений в виде подпружиненного поршня с торцовым клапаном, связанного со штоком с образованием кольцевой камеры, связанной подводящим каналом с осевым каналом подводящего патрубка.