Клапан-отсекатель погружной установки электроцентробежного насоса
Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для добычи нефти. Клапан-отсекатель устанавливается в посадочный ниппель скважины и содержит сборный корпус с центральным каналом, запорный орган и механизм управления. Запорный орган состоит из цанги и подвижной оправки, в верхней части которой расположены стопорные упоры, выдвигаемые при осевом перемещении запорного органа через сквозные пазы корпуса с возможностью взаимодействия с упорной поверхностью посадочного ниппеля. Механизм управления выполнен в виде подпружиненного трубчатого плунжера, имеющего сверху на наружной поверхности кольцевой поршень и ряд продольных отверстий в нижней части, совмещаемых с аналогичными отверстиями на сборном корпусе для обеспечения функции клапана. Подвижная оправка сверху соединена с головкой клапана-отсекателя, а снизу уперта в плунжер. Подвижная оправка имеет на своей наружной поверхности ряд проточек и выступов, которые с помощью цанги и стопорных шариков позволяют занять одно из фиксированных положений. Достигается технический результат – повышение надежности работы клапана, обеспечивающего бесперебойную подачу скважинной жидкости при включенном электродвигателе и позволяющего автоматически отсекать скважинную жидкость при выключенном насосе. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для добычи нефти.
Известен клапан-отсекатель [US 7967074, опубл. 28.01.11], содержащий корпус с центральным продольным каналом, запорный орган в верхней части с выдвижными плашками, соединительный элемент, каналы для потока жидкости, клапанные элементы, перемещающуюся под воздействием пружин гильзу и посадочный ниппель. Такой клапан-отсекатель монтируется внутри отказавшего трубного клапана-отсекателя, приводит его в постоянно полностью открытое состояние и использует его гидравлическую контрольную линию.
Недостатком данного устройства является невозможность его самостоятельного использования без отказавшего основного (трубного) клапана, гидравлическую линию которого он использует.
Наиболее близким к заявляемому является клапан-отсекатель погружной установки электроцентробежного насоса [патент RU 2516708, МПК Е21В 34/06, опубликован 20.05.14], управляемый перепадом давлений среды по обе стороны, который размещается в посадочном ниппеле и содержит сборный корпус с центральным каналом, пакер, запорный орган, состоящий из подвижной оправки и цанги, снабженной лепестками с головкой, механизм управления запорным органом, шток с отверстиями и кольцевой проточкой. Шток снабжен клеткой обратного клапана в верхней части, кольцевым поршнем в средней и механизмом управления в виде ступенчатого кольцевого поршня на нижнем конце, поджатым гайкой и снабженным стаканом с кольцевым выступом, образующим подвижное соединение с удлинителем, связанным с разъемным корпусом, снабженным в месте разъема разделительной шайбой и нижним переходником. Ступенчатый кольцевой поршень снабжен гильзой, образующей подвижное соединение в расточке нижнего переходника и кольцевую камеру с удлинителем, гидравлически связанную дренажным отверстием с осевым каналом гильзы. Полости над кольцевым поршнем и над кольцевым выступом гидравлически связаны отверстиями с полостью под пакером. Полость кольцевой камеры над разделительной шайбой связана отверстием с осевым каналом штока. Причем фигурная гайка связана с корпусом перепускного клапана, снабженного посадочной поверхностью на торцовой части, обращенной к посадочному седлу нижнего переходника, в осевом канале которого установлено седло с подпружиненным шаровым клапаном, цанга установлена в разъемном корпусе. Известный клапан-отсекатель применяется для перекрытия ствола скважины при проведении капитального ремонта без глушения.
Недостатками известного клапана-отсекателя являются сложность конструкции, обусловленная наличием двух шаровых клапанов и трех пружин, которые снижают его надежность, а также трудность его применения в скважинах малого диаметра.
Задачей настоящего изобретения является разработка надежного автоматического клапана-отсекателя для перекрытия входного канала электроцентробежного насоса от поступающей из затрубного пространства скважинной жидкости, при неработающем электродвигателе и обеспечения бесперебойной подачи скважной жидкости при включенном электродвигателе, который можно использовать в скважинах малого диаметра.
Указанный технический результат достигается тем, что в клапане-отсекателе погружной установки электроцентробежного насоса, размещаемом в посадочном ниппеле и содержащим сборный корпус с центральным каналом, запорный орган, состоящий из подвижной оправки и цанги, механизм управления, включающий пружину и клапан, согласно изобретению, запорный орган снабжен стопорными упорами, расположенными в верхней части подвижной оправки и выдвигаемыми при осевом перемещении запорного органа через сквозные пазы корпуса с возможностью взаимодействия с упорной поверхностью посадочного ниппеля, механизм управления выполнен в виде подпружиненного трубчатого плунжера, имеющего на наружной поверхности сверху кольцевой поршень и ряд продольных отверстий в нижней части, совмещаемых с аналогичными отверстиями на сборном корпусе для обеспечения функции клапана, при этом подвижная оправка сверху соединена с головкой клапана-отсекателя, а снизу уперта в плунжер.
Для фиксирования положения внутри сборного корпуса, при установке клапана-отсекателя в посадочный ниппель, подвижная оправка имеет на своей наружной поверхности ряд проточек и выступов.
Кроме того, стопорные упоры во время спуска в скважину прижаты листовыми пружинами.
Кроме того, в состав сборного корпуса включен корпус уплотнения, имеющий сквозное отверстие для входа флюида и наружную удлиненную проточку, в которой установлен блок уплотнений.
Заявляемый технический результат достигается тем, что при работающем электроцентробежном насосе во внутренней полости клапана-отсекателя создается пониженное по сравнению с затрубным пространством давление и за счет образующегося перепада давления плунжер сдвигается. При этом сквозные, продольные отверстия в нижней части плунжера совпадают с аналогичными отверстиями в сборном корпусе, что обеспечивает проход через них скважинной жидкости на вход электроцентробежного насоса. При неработающем насосе давление в затрубном пространстве и во внутренней полости клапана-отсекателя выравнивается, пружина разжимается и плунжер под ее действием сдвигается к подвижной оправке, в результате чего сквозные, продольные отверстия в плунжере и корпусе перестают совпадать, а поступление скважной жидкости в центробежный насос прекращается.
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен клапан-отсекатель, продольный разрез; на фиг. 2 - клапан-отсекатель, продольный разрез при спуске в скважину; на фиг. 3 - схема установки клапана-отсекателя внутри посадочного ниппеля; на фиг. 4 - схема изолированных объемов жидкости при неработающем двигателе; на фиг. 5 - схема движения жидкости при работающем электродвигателе.
Клапан отсекатель (фиг. 1) включает в себя головку 1, корпус замка 2, листовую пружину 3, прижимающую стопорные упоры 4, толкатель с пружиной 5 и пальцами 6, расположенный в проточке 37 на наружной стороне корпуса замка 2, стопорные шарики 7, подвижную оправку 8, корпус разблокировки 9, цангу 10, стопорный корпус 11, корпус уплотнений 12 с блоком уплотнений 13, переходный корпус 14, корпус клапана 16, плунжер 15, корпус пружин 17, пружину для перемещения плунжера 18, направляющую штангу 19, основание 20, манжету 21, сквозные отверстия 22 в плунжере 15, внешнюю проточку 23 в подвижной оправке 8, уступ 24 на корпусе разблокировки 9, входное отверстие 25, манжеты 26, сквозное продольное отверстие 27 в корпусе клапана 16, манжеты 28, кольцевой поршень 30, упорную поверхность 36 корпуса замка 2.
Головка 1 на торце наружного диаметра, со стороны подвижной оправки 8, имеет упорную поверхность 31, которая упирается в стопорные упоры 4. Головка 1 соединена с подвижной оправкой 8 резьбой и герметизирована посредством уплотняющей манжеты, размещенной в торцевой канавке на внутренней поверхности головки 1. Вдоль клапана-отсекателя, начиная с головки 1, проходит сквозной центральный канал 32. На наружной поверхности подвижной оправки 8 имеется проточка 33 (фиг. 3), проточка 23 и выступ 34 (фиг. 1), предназначенные для ее фиксации в одном из положений с помощью цанги 10 и стопорных шариков 7.
Внутри центрального канала 32 сборного корпуса между подвижной оправкой 8 и пружиной 18 размещен с возможностью осевого перемещения полый плунжер 15 в виде трубы. Перемещения плунжера 15 ограничены с одной стороны пружиной 18, с другой стороны упором в нижнюю сторону подвижной оправки 8. Пружина плунжера 18 насажена на направляющую штангу 19, соединенную резьбой с основанием 20. В верхней части на наружной поверхности плунжера 15 расположен кольцевой поршень 30 с проточкой под уплотняющую манжету 21, которая упирается в корпус клапана 16. В нижней части плунжера 15 выполнен ряд сквозных продольных отверстий 22.
Подвижная оправка 8 с закрепленной снизу цангой 10 и снабженная в верхней части стопорными упорами 4, выдвигаемыми через прямоугольные пазы корпуса замка 2, представляет собой заборный орган клапана-отсекателя.
При спуске в скважину стопорные упоры 4 удерживаются листовыми пружинами 3, а после завершения спуска взаимодействуют с упорной поверхностью посадочного ниппеля и выдвигаются. Снизу корпус замка 2 упирается в пальцы толкателя 6 через пружины толкателя 5. На внутренней поверхности пальцев толкателя 6 имеется выточка 35 (фиг. 2), предназначенная для фиксирующего шарика 7, на наружном торце пальцев толкателя 6 имеется упорная поверхность 29. Снизу пальцы толкателя 6 упираются в корпус разблокировки 9, который на нижней поверхности снабжен уступом 24 (фиг. 1) для фиксации цанги 10. Далее корпус разблокировки 9 с помощью резьбы соединен со стопорным корпусом 11, который, в свою очередь, резьбой соединен с корпусом уплотнений 12, имеющим сквозное отверстие для входа флюида 25. На наружной поверхности корпуса уплотнений 12 сформирована удлиненная проточка для блока уплотнений 13, а на внутренней поверхности - выточка с манжетой 26. Корпус уплотнений 12 резьбой соединен с переходным корпусом 14, на нижний конец которого накручен корпус клапана 16 со сквозным, продольным отверстием 27, имеющим форму, аналогичную форме сквозных продольных отверстий 22 в плунжере 15. На нижней поверхности корпуса клапана 16 имеются выточки под уплотняющие манжеты 28. Корпус клапана 16 резьбой соединен с корпусом пружин 17, последний соединен с основанием 20.
Устройство работает следующим образом.
При спуске установки в скважину (фиг. 2) клапан-отсекатель устанавливают ниже электроцентробежного насоса (не показан). Подвижная оправка 8 блокируется корпусом разблокировки 9 с помощью стопорных шариков 7, а стопорные упоры 4 в это время убраны в корпус замка 2 и удерживаются там листовыми пружинами 3. В это время пальцы толкателя 6 расположены правее упорной поверхности 36, поэтому как только клапан-отсекатель упадет на упорную поверхность ниппеля пакера, будут полностью задействованы пальцы толкателя 6, и это обеспечит своевременную установку клапана.
Когда клапан-отсекатель опустится на заданную глубину, и пальцы толкателя 6 коснутся упорной поверхностью 29 поверхности на посадочном ниппеле пакера, четыре пальца толкателя 6 одновременно сдвинутся, и стопорные шарики 7 выйдут из выточки 33 подвижной оправки 8. Затем под действием веса колонны НКТ подвижная головка 1, соединенная с оправкой 8, будут двигаться вниз, при этом упорная поверхность головки 31 выдвинет стопорные упоры 4, а подвижная оправка 8 с помощью проточки 23 зафиксируется в цанге 10. Клапан-отсекатель зафиксируется на заданной глубине, установившись упорной поверхностью 36 на упорную поверхность ниппеля (фиг. 3). При этом блок уплотнений 13 изолирует скважинную жидкость, находящуюся ниже блока уплотнений (фиг. 4).
После установки клапана-отсекателя образуется 3 изолированных объема - внутренняя область, внешняя область и область, расположенная ниже блока уплотнений (фиг. 3). Обозначим давление внешней области и внутренней области как Р1 и Р2, соответственно.
Если насос не работает и P1=Р2, то плунжер 15 находится вверху под действием силы сжатия пружины плунжера 18 (клапан-отсекатель закрыт), и нефтегазоводяная скважинная жидкость из области, расположенной ниже блока уплотнений, не может войти во внутреннюю полость клапана-отсекателя. (фиг. 4).
Если насос работает, то P1>Р2, за счет перепада давления скважинная жидкость из внешней области, двигаясь в сторону меньшего давления, через отверстие 25 поступит в полость, образованную внутренней поверхностью корпуса уплотнений 12, наружной поверхностью плунжера 15, поверхностями манжеты 26 и кольцевого поршня плунжера 30 (фиг. 1) и заставит плунжер 15 переместиться вниз (фиг. 5). Сквозные, продольные отверстия 22 совпадут с аналогичными отверстиями 27 в корпусе клапана 16. Клапан перейдет в открытое положение, при котором нефтегазоводяная скважинная жидкость из области, расположенной ниже пакера, сможет попасть во внутреннюю область клапана-отсекателя, а затем в насос, что обеспечит ее непрерывную подачу.
При извлечении клапана-отсекателя необходимо потянуть вверх с силой, эквивалентной весу колонны НКТ и закрепленного на ней оборудования.
Таким образом, использование клапана отсекателя, повышает надежность работы электроцентробежного насоса за счет обеспечения бесперебойной подачи скважинной жидкости при включенном электродвигателе и позволяет автоматически отсекать скважинную жидкость при выключенном насосе.
Конструкция данного клапана-отсекателя такова, что позволяет его применять в скважинах любых габаритов, в том числе и малого диаметра, для чего необходимо пропорционально уменьшить габарит самого клапана отсекателя.
1. Клапан-отсекатель погружной установки электроцентробежного насоса, размещаемый в посадочном ниппеле и содержащий сборный корпус с центральным каналом, запорный орган, состоящий из подвижной оправки и цанги, механизм управления, включающий пружину и клапан, отличающийся тем, что запорный орган снабжен стопорными упорами, расположенными в верхней части подвижной оправки и выдвигаемыми при осевом перемещении запорного органа через сквозные пазы корпуса с возможностью взаимодействия с упорной поверхностью посадочного ниппеля, механизм управления выполнен в виде подпружиненного трубчатого плунжера, имеющего сверху на наружной поверхности кольцевой поршень и ряд продольных отверстий в нижней части, совмещаемых с аналогичными отверстиями на сборном корпусе для обеспечения функции клапана, при этом подвижная оправка сверху соединена с головкой клапана-отсекателя, а снизу уперта в плунжер.
2. Клапан-отсекатель по п. 1, отличающийся тем, что на наружной поверхности подвижной оправки выполнены проточки и выступы, фиксирующие ее положение внутри сборного корпуса при установке в посадочном ниппеле.
3. Клапан-отсекатель по п. 1, отличающийся тем, что стопорные упоры прижаты листовыми пружинами.
4. Клапан-отсекатель по п. 1, отличающийся тем, что в состав сборного корпуса включен корпус уплотнения, имеющий сквозное отверстие для входа флюида и наружную удлиненную проточку, в которой установлен блок уплотнений.
