Клапан для выравнивания давления в скважинном оборудовании

Клапан для выравнивания давления в скважинном оборудовании

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к ремонту и эксплуатации скважин.

В практике эксплуатации и ремонта скважин часто проводятся работы, связанные с многократной закачкой жидкости в технологические трубы и последующим после каждого цикла выравниванием давления в подземном оборудовании с гидростатическим в скважине. Для этого приходится сливать через какое-то отверстие или клапан жидкость из технологических труб до уровня жидкости в скважине, который может находиться за сотни метров от устья скважины. Чтобы избежать этого, применяют клапаны, позволяющие, не сливая жидкости из труб, выравнивать давление в оборудовании с гидростатическим.

Известно устройство для перфорации ствола скважины (патент RU №2105137, МПК E21B 43/114, опубл. 20.02.1998 г.), в составе которого имеется выравнивающий клапан в виде подпружиненного золотника.

Недостатками этого клапана являются сложность конструкции, возможность использования только в устройстве для перфорации.

Наиболее близок по своей технической сущности к предлагаемому клапан, использованный в конструкции устройства для создания перфорационных каналов в обсадной колонне скважины (патент RU №2395671, МПК E21B 43/112, опубл. 27.07.2010 г.).

Клапан выполнен в виде подпружиненного золотника, сообщающего полость технологических труб с полостью используемого оборудования при закачке в них жидкости. А после прекращения закачки удерживает столб жидкости в технологических трубах и открывает отверстие для снижения давления внутри оборудования. Особенно актуально использование таких клапанов в скважинах с низким статическим уровнем.

Недостатком этого клапана является то, что при открытом золотнике во время закачки при уменьшении расхода жидкости давления выше и ниже клапана почти выравнивается и пружина закрывает клапан. В результате клапан работает в режиме редуцирования, уменьшая давление закачки в оборудовании в соответствии с настройкой пружины на величину, соответствующую примерно гидростатическому давлению удерживаемого клапаном столба жидкости, который равен по высоте уровню жидкости в скважине.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является устранение редуцирования давления закачиваемой жидкости клапаном.

Поставленная задача решается клапаном для выравнивания давления в скважинном оборудовании без слива жидкости из технологических труб, содержащим корпус с основным каналом, сообщенным сверху с технологическими трубами, а снизу со скважинным оборудованием, поршень, установленный в основном канале, подпружиненный вверх и перекрывающий сообщение основного канала со скважинным оборудованием в верхнем положении.

Новым является то, что корпус снабжен дополнительным каналом, сообщающим основной канал с используемым оборудованием и выполненным с возможностью перекрытия поршнем в его нижнем положении, а основной канал ниже поршня сообщен со скважинным пространством.

Новым является также то, что пружина выполнена с возможностью регулирования степени ее сжатия.

Новым является также то, что основной канал оснащен седлом, выполненным с возможностью герметичного взаимодействия с поршнем в его верхнем положении.

Сущность изобретения заключается в том, что во время закачки жидкости в скважинное оборудование на поршень золотника сверху действует давление закачки, а снизу - гидростатическое давление столба жидкости в скважине, а не рабочее давление в оборудовании.

На фиг.1 показана схема клапана в закрытом положении.

На фиг.2 показана схема клапана в открытом положении.

На фиг.3 показана схема клапана в закрытом положении при выполнении верхнего торца в виде клапана.

Клапан (фиг.1) содержит корпус 1, соединенный снизу с используемым оборудованием 2, а сверху колонной технологических труб 3. Корпус 1 содержит цилиндрический канал 4, сообщенный сверху с полостью технологических труб 2, а снизу каналом 5 с полостью скважины. Канал 4 верхним отверстием 6 и нижним 7 сообщен каналом 8 с полостью используемого оборудования 3.

Внутри канала 4 размещен поршень 9, содержащий верхний шток 10 с резьбой 11, взаимодействующей через шайбу 12 и гайку 13 с пружиной сжатия 14. Ниже поршень 9 имеет нижний шток 15 с ограничителем 16, а канал 4 в нижней части имеет расточку 17. Штоки 10 и 15 имеют меньший диаметр, чем поршень 9 и канал 4, а ограничитель - пазы 18 для перетока жидкости.

На фиг.3 показан вариант исполнения, когда поршень 9 выполнен в верхней части в виде конического или сферического клапана 19, а канал 4 с сужением 20, имеющим в нижней части седло 21. Ограничитель 16 в этой конструкции не нужен, его роль выполняет клапан 19.

Работает клапан следующим образом.

При отсутствии закачки жидкости в технологические трубы 2 (фиг.1) клапан находится в закрытом положении, т.е. поршень 9 перекрывает отверстие 6, а полость оборудования 3 через канал 8, отверстия 7 и каналом 5 сообщена со скважиной. В этом положении пружина 14, упираясь в шайбу 12 и гайку 13, тянет за верхний шток 10 поршень 9 вместе с нижним штоком 15 и ограничителем 16, который упирается в уступ на переходе канала 4 в расточки 17. При этом отверстие 6 перекрыто поршнем 9, а полость оборудования 3 сообщена через канал 8, отверстие 7, канал 4, расточку 17 и канал 5 с полостью скважины. На поршень действует сила от разницы гидростатических давлений технологических труб и скважины, которую преодолевает пружина, удерживающая поршень 9 в верхнем закрытом положении.

При работе с оборудованием 3 (фиг.2) в технологические трубы 2 производят закачку жидкости под давлением, превышающим гидростатическое давление в скважине. Перепад давлений, действующий на поршень 9, преодолевает силу сжатия пружины 14 и перемещает его вниз, пока шток 15 с ограничителем 16 не достигнет дна расточки 17. В этом положении поршень 9 перекрывает отверстие 7, прерывая сообщение полости оборудования 3 со скважиной, а канал 5 остается открытым, сообщая полость расточки 17 со скважиной и обеспечивая давление под поршнем 9, равным скважинному гидростатическому. В результате давление в оборудовании 3 поднимается до необходимого, и оно осуществляет работу, для которой предназначено, например, как в прототипе, перфорацию эксплуатационной колонны. При этом на поршень 9 постоянно действует перепад давлений, равный по величине разнице от суммы давлений закачки с гидростатическим в технологических трубах и гидростатическим в скважине. Поэтому пока есть избыточное давление жидкости, клапан находится в открытом положении без всякого уменьшения давления закачки даже при полном отсутствии движения закачиваемой жидкости.

После окончания работ или цикла закачку жидкости прекращают и выравнивают давление на устье с атмосферным. Перепад давлений на поршне 9 выравнивается или просто уменьшается (если статический уровень в скважине ниже, чем в технологических трубах) и пружина 14 переводит поршень 9 в верхнее положение, как на фиг.1. При этом поршень 9 перекрывает канал 5, предотвращая вытекание жидкости из технологических труб 2 и открывает выход жидкости из оборудования 3 через канал 8, отверстие 7, канал 4, расточку 17 и отверстие 5 в скважину. Давление в оборудовании 3 выравнивается с гидростатическим в скважине, и оно приходит в готовность к следующему циклу работ. Технологические трубы 2 остаются заполненными и готовыми к следующему циклу работ без ожидания их заполнения.

Силой предварительного сжатия пружины 14, которую регулируют положением гайки 13 и шайбы 12 на штоке 10 с резьбой 11, определяются давление открытия клапана и высота удерживаемого столба жидкости. Регулировка позволяет настраивать пружину 14 в зависимости от фактического уровня жидкости в скважине.

Что касается работы клапана с седлом 21 (фиг.3), то его работа отличается лишь тем, что в закрытом положении, когда поршень 9 находится в верхнем положении, при этом поршень 9 верхним торцом, выполненным в виде клапана 19, садится на седло 21 сужения 20. Этим обеспечивается лучшая герметичность, чем у поршня 9 и снижается утечка из труб 3 за время ожидания следующего цикла.

Пружина 14 может быть размещена под ограничителем 16 (на фиг.1, 2 и 3 не показан), но в этом случае размер ее будет ограничен и усложнится регулировка.

Таким образом, предложенный клапан обеспечивает быстрое снижение давления в оборудовании до гидростатического и сокращение времени подготовки к следующему циклу при циклической работе. При этом во время закачки жидкости исключаются закрытие клапана и потеря части напора, так как на поршне за время цикла сохраняется постоянный перепад давлений. Особенно эффективно применение клапана в скважинах с низким статическим уровнем, где много времени уходит на выравнивание уровней в технологических трубах и скважине, а затем их заполнение.

Клапан может быть применен при работе с забойным гидромеханическими домкратом и перфоратором, гидравлическими якорями и другим оборудованием, требующим для работы многократной закачки жидкости с последующим выравниванием давления с гидростатическим в скважине.

1. Клапан для выравнивания давления в скважинном оборудовании без слива жидкости из технологических труб, содержащий корпус с основным каналом, сообщенным сверху с технологическими трубами, а снизу - со скважинным оборудованием, поршень, установленный в основном канале, подпружиненный вверх и перекрывающий сообщение основного канала со скважинным оборудованием в верхнем положении, отличающийся тем, что корпус снабжен дополнительным каналом, сообщающим основной канал с используемым оборудованием и выполненным с возможностью перекрытия поршнем в его нижнем положении, а основной канал ниже поршня сообщен со скважинным пространством.

2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что пружина поршня выполнена с возможностью регулирования степени ее сжатия.

3. Клапан по п.1 или 2, отличающийся тем, что основной канал оснащен седлом, выполненным с возможностью герметичного взаимодействия с поршнем в его верхнем положении.