Автоматическое клапанное устройство для перепуска затрубного газа

Автоматическое клапанное устройство для перепуска затрубного газа

Реферат

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности и может быть применено для перепуска затрубного газа в колонну насосно-компрессорных труб (НКТ).

Известно клапанное устройство для перепуска газа из затрубного пространства в насосно-компрессорные трубы [Новое в технике и технологии механизированной добычи нефти. Тематические научно-технические обзоры. М., ВНИИОЭНГ, 1968, с.24-25.], состоящее из обратного клапана, расположенного в затрубном пространстве, и гидравлического канала. Однако это устройство недостаточно эффективно, т.к. возможность перепуска газа в НКТ имеет место только в случае, когда давление газа в затрубном пространстве, т.е. пространстве, образованном внутренней стенкой эксплуатационной колонны и внешней стенкой колонны НКТ, больше давления скважинной жидкости в колонне НКТ.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является автоматическое клапанное устройство, состоящее из обратного клапана и устройства для управления его работой, выполненного в виде поршня и корпуса. Поршень связан с выкидной линией при помощи двух концентрично установленных под ним гофрированных трубок и толкателя. В стенках корпуса имеются клиновидные толкатели с пружинами. Обратный клапан соединен с выкидной линией посредством гидравлического канала [авт. свид. СССР №625021, Е21В 33/03, опубл. 25.09.1978.]. Перепуск газа устройством-прототипом возможен вне зависимости от величины давления газа в затрубном пространстве. Применяется на скважинах, эксплуатируемых в том числе и установками штанговых насосов.

Устройство-прототип недостаточно надежно и эффективно в условиях низких температур вследствие замерзания обратного клапана, расположенного на выкидной линии, а также замерзания гофрированных трубок, которое приводит к их разрыву и нарушению герметичности устройства для управления работой обратного клапана. Конструкция автоматического клапанного устройства в целом отличается сложностью и громоздкостью.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности и эффективности автоматического клапанного устройства для перепуска затрубного газа. Техническим результатом применения устройства является снижение давления газа в затрубном пространстве скважин, эксплуатируемых установками штанговых насосов, независимо от температурных условий работы скважины и от величины давления газа в затрубном пространстве, при упрощении конструкции устройства.

Поставленная задача решается тем, что автоматическое клапанное устройство для перепуска затрубного газа, содержащее обратный клапан и гидравлический канал, расположено в затрубном пространстве над уровнем скважинной жидкости, Г-образный гидравлический канал с обратным клапаном размещен в муфте колонны НКТ, причем внутренняя поверхность муфты выполнена выпуклой относительно внешней поверхности, в продольном разрезе имеет вид сегмента окружности, на уровне муфты на колонне насосных штанг размещен цилиндр большего диаметра по сравнению с диаметром колонны насосных штанг, длина которого больше длины хода насосных штанг, на концах муфты размещены центраторы цилиндра.

Авторам известно и другое, кроме указанного выше, техническое решение, касающееся сброса газа из затрубного пространства, которое предусматривает расположение обратного клапана в затрубном пространстве [патент РФ №2079636, Е21В 43/00, опубл. 20.05.1997.], но которое применяется только на скважинах, эксплуатируемых установками электроцентробежных насосов. Применение указанного технического решения на скважинах, эксплуатируемых установками штанговых насосов, невозможно.

Также известно использование центраторов, выполняющих функцию сохранения постоянной величины зазора, например, в насосной установке для эксплуатации скважин с боковыми направленными стволами [патент РФ №2159358, F04В 47/02, опубл. 20.11.2000.].

Однако муфта, врезанная в НКТ и выполненная в продольном сечении в форме сегмента окружности, ранее в клапанных устройствах для перепуска газа не применялась. Зазор, образованный муфтой такой формы и цилиндром большего диаметра по сравнению с диаметром колонны насосных штанг, позволяет многократно увеличить скорость потока жидкости в НКТ и тем самым снизить давление жидкости.

Поэтому заявляемая совокупность признаков, по мнению авторов, соответствует критерию изобретательский уровень. Она является необходимой и достаточной для решения поставленной задачи и достижения технического результата по снижению давления газа в затрубном пространстве в скважинах, эксплуатируемых установками штанговых глубинных насосов независимо от температурных условий и от величины давления газа в затрубном пространстве, при упрощении конструкции устройства.

Конструкция устройства показана на чертеже.

Обратный клапан 1 с помощью гидравлического канала Г-образной формы 2 связывает затрубное пространство, образованное внутренней стенкой эксплуатационной колонны 3 и внешней стенкой колонны НКТ 4, с полостью колонны НКТ 4. Гидравлический канал 2 размещен в муфте 5, врезанной в НКТ 4. Внутренняя поверхность муфты 5 выполнена выпуклой относительно внешней поверхности, в продольном разрезе имеет вид сегмента окружности. Предпочтительно, чтобы выход гидравлического канала 2 был расположен в центре сегментной части муфты 5. На уровне сегментной части муфты 5 на колонне насосных штанг 6 размещен цилиндр 7 большего диаметра по сравнению с диаметром колонны насосных штанг 6. Во время работы штангового насоса 8 цилиндр 7 перекрывает длину сегментной части муфты 5, т.е. длина цилиндра 7 больше длины хода насосных штанг 6. Из скважинной жидкости 9, находящейся во внутреннем пространстве эксплуатационной колонны 3, выделяется газ. Обеспечение неизменной величины зазора между цилиндром 7 и сегментной частью муфты 5 осуществляется центраторами 10, размещенными на концах муфты 5 и позволяющими удерживать цилиндр 7 по центру. Центраторы выполнены в виде шайбы с равномерно расположенными отверстиями 11 в поперечном сечении, что не препятствует свободному прохождению жидкости.

Автоматическое клапанное устройство для перепуска газа работает следующим образом.

В процессе работы штангового насоса 8 за счет прохождения скважинной жидкости 9 через кольцевое пространство, образованное цилиндром 7 и сегментной частью муфты 5, происходит снижение давления жидкости. При этом открывается обратный клапан 1 и перепускает газ через гидравлический канал 2 из затрубного пространства в полость колонны НКТ 4, снижая давление в затрубном пространстве. Использование автоматического клапанного устройства для перепуска газа позволяет осуществлять снижение давления газа в затрубном пространстве независимо от температурных условий работы скважины и от величины давления газа в затрубном пространстве, позволяя повысить уровень жидкости над штанговым насосом, уменьшить глубину подвески штангового насоса при сохранении дебита скважины или увеличить дебит скважины при сохранении глубины подвески насоса. Кроме того, позволяет избежать образования гидратных пробок в затрубном пространстве за счет снижения давления газа в затрубном пространстве.

Автоматическое клапанное устройство для перепуска затрубного газа, содержащее обратный клапан и гидравлический канал, отличающееся тем, что гидравлический канал, Г-образный, с обратным клапаном размещен в муфте колонны насосно-компрессорных труб в затрубном пространстве над уровнем скважинной жидкости, причем внутренняя поверхность муфты выполнена выпуклой относительно внешней поверхности, в продольном разрезе имеет вид сегмента окружности, на уровне муфты на колонне насосных штанг размещен цилиндр большего диаметра по сравнению с диаметром колонны штанг, длина которого больше длины хода насосных штанг, центраторы цилиндра размещены на концах муфты.