Регулятор-отсекатель шарифова

 

Изобретение относится к технике добычи углеводородов и может быть использовано при эксплуатации и исследовании одного или нескольких разобщенных пластов одной скважины. Обеспечивает расширение функциональной возможности регулятора-отсекателя, повышение его эффективности и надежности при исследовании и/или эксплуатации как одного, так и нескольких пластов одной насосной, фонтанной, газлифтной или нагнетательный скважины. Сущность изобретения: регулятор-отсекатель состоит из корпуса с одним или несколькими верхними и нижними пропускными каналами, наружными уплотнительными элементами и фиксатором. Внутри фиксатора размещен, по меньше мере, один регулирующий орган в виде камеры сильфона или поршня со штоком и/или затвора с соответствующим седлом. Согласно изобретению затвор установлен под и/или над седлом, и/или внутри седла, и/или между седел, свободно и/или подпружинен, и/или жестко связан со штоком камеры сильфона или поршня. Камера выполнена без или с узлом зарядки ее сжатым газом и размещена в корпусе сверху и/или снизу, соответственно по направлению ее штока вниз и/или вверх. Эффективный диаметр сильфона или поршня больше или равен контактному диаметру затвора с седлом, 15 з.п. ф-лы, 31 ил.

Изобретение относится к области добычи углеводородов (нефти, газа, газоконденсата) и может быть использовано при эксплуатации и исследовании одного или нескольких разобщенных пластов одной скважины, в частности, при возникновении открытого фонтана и/или проведении подземного ремонта без глушения скважины для отсекания пласта (пластов) от ее ствола, а при глушении скважины - для исключения поглощения раствора пластом (пластами), кроме этого, при запуске и осложненных условиях эксплуатации скважины - для регулирования заданного значения или диапазона изменения забойного давления (динамического уровня жидкости), или для стабилизации давления разделенного потока флюида (газ, нефть и вода с песком), а также при исследовании приточных характеристик (кривой восстановления давления - КВД) пласта для целенаправленного отсекания его от полости трубы при заданном росте динамического уровня жидкости, а при одновременной и/или поочередной закачке среды в пласты, или добыче жидкости из одного пласта и закачке в другой пласт одной скважины - для регулирования расхода (давления) жидкости и/или отсекания потока среды в зависимости от устьевого давления.

Известно устройство для насосной скважины (а.с. СССР №1694863, Е 21 В 34/06, бюллетень №44 от 30.11.91 г.), включающее установленные в скважинную камеру корпус с верхними и нижними пропускными каналами, наружными уплотнительными элементами и фиксатором, внутри которого размещен регулирующий орган в виде камеры двух сильфонов со штоком, жестко связанный с затвором под седлом, причем на корпусе между сильфонами размещен узел зарядки камеры сжатым газом.

Также известно устройство для насосной скважины (патент РФ №2042788, Е 21 В 34/06, бюллетень №24 от 27.08.95 г.), включающее корпус с верхними и нижними пропускными каналами, наружными уплотнительными элементами и фиксатором, внутри которого размещен регулирующий орган в виде камеры сильфона со штоком, жестко связанный с двумя затворами под седлами, подпружиненными между собой, причем камера сильфона имеет узел зарядки ее сжатым газом.

Эти устройства могут применяться как для регулирования динамического уровня жидкости, так и для отсекания потока пластового флюида в скважине. Однако они не могут применяться для регулирования забойного давления, так как затвор перекрывает проходное сечение соответствующего седла только при росте динамического уровня жидкости.

Известен клапан (патент РФ №2101466, Е 21 В 34/06, 43/00, бюллетень №1 от 10.01.98 г.), включающий корпус с пропускными каналами, внутри которого размещен, по меньше мере, один регулирующий орган в виде камеры поршня со штоком и затвором с соответствующим седлом, причем камера поршня имеет узел зарядки ее сжатым газом. Этот клапан не может применяться для отсекания потока среды в скважине при снижении уровня жидкости в полости трубы.

Известен отсекатель (а.с. №1781416, Е 21 В 34/06, бюллетень №46 от 15.12.92 г.), включающий установленный в центральный ниппель корпус с верхними и нижними пропускными каналами, наружными уплотнительными элементами и фиксатором, внутри которого размещен регулирующий орган в виде камеры сильфона со штоком, жестко связанный с затвором под седлом, причем камера сильфона имеет узел зарядки ее сжатым газом для тарировки клапана отсекателя на давление срабатывания. Недостатком отсекателя является то, что он устанавливается только по центру, из-за чего возникает вероятность его выброса при высоких перепадах давлений и/или забивании мехпримесями при осложненных условиях эксплуатации скважины. При поглощении пласта и/или забивании песком затрудняется извлечение отсекателя из центрального ниппеля с помощью канатной техники.

Одним из главных недостатков известных решений также является то, что они не приемлемы для одновременно-раздельной и/или поочередной (переодичной) эксплуатации одного или нескольких добывающих и/или нагнетательных пластов одной скважины, поскольку регуляторы и отсекатели установлены по центру колонны труб.

Целью изобретения является расширение функциональной возможности скважинной установки с регулятором-отсекателем, повышение его эффективности и надежности при исследовании и/или эксплуатации как одного, так и нескольких пластов одной насосной, фонтанной, газлифтной или нагнетательной скважины.

Эффективность от применения установки с регулятором-отсекателем для скважины, эксплуатируемой насосом (например, УЭЦН, УШГН и пр.) достигается за счет: целенаправленного отсекания пласта (пластов) от полости труб при остановке работы насоса и подземном ремонте скважины без глушения; исключения отрицательно-техногенного поглощения солевого раствора пластом (пластами) скважины, то есть сохранения фильтрационных приточных характеристик пласта (пластов) и сокращения времени вывода скважины на технологический режим при глушении скважины; запуска, эксплуатации, исследования и определения параметров разобщенных пластов скважины как при одновременной, так и при отдельной работе каждого из пластов; регулирования значения или диапазона изменения забойного давления скважины; изменения и стабилизации динамического уровня жидкости за счет перепуска части добываемой жидкости из полости колонны труб в затрубное пространство скважины; исключения срыва подачи жидкости насосом при эксплуатации основного продуктивного пласта за счет отбора дополнительной жидкости (например, воды) из вспомогательного разобщенного нижнего или верхнего пласта, а именно, в момент снижения динамического уровня жидкости в стволе скважины до опасного (заданного) его значения; регулирования давления и/или отсекания разделенного потока флюида (газ, нефть и вода с песком) в осложненных условиях эксплуатации; регулирования давления попутного газа в затрубном пространстве, а также исключения возможности (при высоком газовом факторе) фонтанирования скважины по затрубному пространству.

Эффективность от применения установки с регулятором-отсекателем для газлифтной (непрерывной, периодической, внутрискважинной) и фонтанной (нефтяной, газовой, газоконденсатной) скважины достигается за счет: исключения открытого фонтана и/или осуществления подземного ремонта без глушения скважины путем отсекания пласта (пластов) от ее ствола, разъединения подъемника от пакера и извлечения колонны труб из скважины; исключения отрицательно-техногенного поглощения раствора пластом (пластами) скважины, то есть сохранения фильтрационных приточных характеристик пласта (пластов) и сокращения времени вывода скважины на технологический режим при глушении скважины; запуска, эксплуатации, исследования и определения параметров разобщенных пластов скважины как при одновременной, так и при отдельной работе каждого из пластов; недопущения снижения забойного давления на глубине пласта (пластов) ниже допустимого минимального его значения (например, давление насыщения газа в нефти) в процессе запуска и эксплуатации скважины; регулирования значения или диапазона изменения дебита и/или забойного давления в работе скважины; возможности проведения канатных операций и глубинного исследования по всей длине колонны труб.

Эффективность от применения установки с регулятором-отсекателем для нагнетательных и/или добывающих пластов одной скважины достигается за счет: одновременной и/или поочередной закачки среды в несколько разобщенных пластов одной скважины, регулируя проектный расход (давление) для каждого из них; обеспечения закачки среды в нагнетательный пласт, отсекая при этом другой добывающий пласт скважины или, наоборот, добывая флюид из одного пласта, отсекая при этом другой нагнетательный пласт скважины; обеспечения проектной добычи среды из одного пласта и закачки ее в другой пласт одной скважины.

Эффективность от применения установки с регулятором-отсекателем при исследовании скважины достигается за счет: целенаправленного отсекания пласта от полости колонны труб (ствола скважины) при заданном росте динамического уровня жидкости в процессе исследования приточных характеристик (КВД) пласта фонтанной, газлифтной или насосной скважины.

Цель изобретения достигается за счет следующих решений:

- затвор установлен под и/или над седлом, и/или внутри седла, и/или между седел, свободно и/или подпружинен, и/или жестко связан со штоком камеры сильфона или поршня, причем последняя выполнена без или с узлом зарядки ее сжатым газом и размещена в корпусе сверху и/или снизу, соответственно по направлению ее штока вниз и/или вверх, при этом эффективный диаметр сильфона или поршня больше или равен контактному диаметру затвора с седлом, с целью расширения функциональной возможности регулятора-отсекателя, в частности: для регулирования забойного давления в процессе эксплуатации, отсекания потока пластового флюида при открытом фонтане и/или остановке работы скважины для подземного ремонта без ее глушения, исключения перетока жидкости из ствола в пласт при глушения или опрессовке скважины, а также стабилизации динамического уровня жидкости и исключения срыва подачи жидкости насосом при запуске и эксплуатации скважины;

- камера сильфона или поршня без узла зарядки может быть герметично изолирована или гидравлически соединена с полостью корпуса или пространством за корпусом, при этом в камере установлен управляемый усилием пружинный элемент для регулирования давления открытия и закрытия;

- шток или затвор может быть оснащен стержнем, который размещен в седле с возможностью перемещения внутри него и образования с ним кольцевого пропускного сечения, причем площадь последнего меньше, чем площадь сечения верхних и/или нижних пропускных каналов корпуса, для сужения потока среды в сечении седла;

- в корпусе под или над камерой сильфона или поршня могут быть установлены два противоположных седла с одинаковыми или разными проходными диаметрами, а между ними размещен свободно или жестко связан со штоком камеры сильфона или поршня один затвор двойного действия или установлены свободно или подпружиненно, или жестко связаны два затвора, с возможностью герметичного закрытия проходного сечения каждого из седел, для отсекания потока пластового флюида, как при росте динамического уровня жидкости до заданного значения, так и при снижении забойного давления ниже минимальной допустимой его величины;

- в корпусе под или над камерой сильфона или поршня могут быть установлены два противоположных седла с одинаковыми или разными проходными диаметрами, а между ними размещены два затвора, один из которых подпружинен, для регулирования забойного давления и/или исключения перетока жидкости из ствола в пласт при глушении или опрессовке скважины;

- площадь сечения нижнего седла может быть меньше или больше, чем площадь кольцевого сечения между седлом и стержнем, для сужения потока среды, соответственно, в пропускном сечении нижнего или верхнего седла в зависимости от условий эксплуатации скважины;

- в корпусе под или над камерой сильфона или поршня может быть выполнена перегородка с осевым сквозным уплотняющим отверстием под диаметр стержня или штока, для разобщения наружной полости камеры сильфона или поршня, при этом на корпусе выполнены сообщающиеся отверстия, гидравлически соединенные с наружной полостью камеры сильфона или поршня, для установки регулятора-отсекателя в обычной скважинной камере, например типа КТ1-73Б и КТ1-89Б, где его положение от давления уравновешивается;

- в корпусе седло над или под затвором может быть выполнено с осевым уплотняющим отверстием под диаметр стержня или штока и не осевыми одним или несколькими продольными сквозными и поперечными отверстиями, причем последние с одной стороны гидравлически соединены с полостью седла, а с другой стороны верхним или верхними пропускными каналами корпуса, для уравновешивания положения регулятора-отсекателя в обычной скважинной камере от перепада давления;

- в корпусе седло с внутренним затвором может быть выполнено с заглушенным концом и не осевыми одним или несколькими продольными сквозными и поперечными отверстиями, причем последние с одной стороны гидравлически соединены с полостью седла, а с другой стороны верхним или верхними пропускными каналами корпуса, для исключения внутреннего уплотняющего элемента, повышения надежности и уравновешивания положения регулятора-отсекателя в обычной скважинной камере от перепада давления;

- в корпусе может быть установлен вспомогательный сильфон, жестко связанный одним концом с корпусом, а другим концом со штоком камеры сильфона, при этом между сильфонами образуется герметично изолированная полость, причем вспомогательный сильфон выполнен относительно с меньшим диаметром, который равен диаметру затвора в седле для его уравновешивания, при этом на корпусе выполнены сообщающиеся отверстия, гидравлически соединенные с камерой сильфона, для возможности, без зарядки камеры сильфона сжатым газом, закрытия регулятора-отсекателя за счет разницы площадей сильфонов при росте динамического уровня жидкости в насосной скважине;

- в корпусе могут быть установлены два последовательных регулирующих органа с одинаковыми или разными техническими характеристиками (диаметр сильфона, диаметр затвора и седла, ход затвора и пр.) и/или параметрами (давление зарядки камеры сильфона сжатым газом, усилие пружины, давление открытия затвора в седле и пр.), причем нижний затвор установлен над соответствующим седлом для регулирования давления потока среды до себя и исключения снижения забойного давления ниже заданного его значения, а верхний затвор размещен под соответствующим седлом для отсекания потока среды при росте динамического уровня жидкости, при этом в корпусе над нижней камерой сильфона выполнены внутренние пропускные отверстия;

- в корпусе могут быть установлены два противоположных регулирующих органа с одинаковыми или разными техническими характеристиками и/или параметрами, причем нижний и верхний затворы установлены над соответствующими седлами, соответственно для отсекания потока среды и регулирования давления до себя;

- в корпусе стержень или шток камеры сильфона или поршня может быть оснащен противодействующим элементом, обеспечивающим мгновенное открытие и/или закрытие затвора в седле, для исключения пульсации затвора и расширения диапазона давления открытия и закрытия регулятора-отсекателя;

- затвор в седле, в зависимости от условий эксплуатации, может иметь сферическую посадочную поверхность или может быть выполнен в виде шара или конуса, или полого поршня с пропускными каналами, или глухого поршня в корпусе;

- верхние и/или нижние пропускные каналы корпуса, в зависимости от условий эксплуатации, могут быть выполнены с постоянным или переменным сечением в виде цилиндрических отверстий или прямоугольных или квадратных, или треугольных прорезей;

- наружные уплотнительные элементы на корпусе могут быть установлены над нижними пропускными каналами для установки регулятора-отсекателя в центральный ниппель или над и под верхними пропускными каналами для установки его в скважинную камеру.

На фиг.1 изображен регулятор-отсекатель со свободным затвором над или под седлом при закрытом положении в седле; на фиг.2 - регулятор-отсекатель с двумя противоположными седлами и между ними затвором двойного действия при его закрытом положение в нижнем седле; на фиг.3 - то же самое, только при открытых сечениях седел; на фиг.4 - то же самое, только при закрытом положении затвора в верхнем седле; на фиг.5 - регулятор-отсекатель с двумя подпружиненными между собой затворами при закрытом их положении в соответствующих седлах; на фиг.6 - то же самое, только с противоположными седлами и между ними с двумя жестко связанными затворами при открытом положении седел; на фиг.7 - то же самое, только с нижним подпружиненным затвором в соответствующем седле; на фиг.8 - отсекатель с внутренней перегородкой камеры сильфона; на фиг.9 - отсекатель и его седло с продольными сквозными и поперечными отверстиями; на фиг.10 - то же самое, только его седло с заглушенным концом; на фиг.11, 12 и 13 - регулятор-отсекатель в исполнение затвора в виде шара, глухого поршня и полого поршня с пропускными каналами; на фиг.14 - регулятор-отсекатель с двумя последовательными регулирующими органами; на фиг.15 - то же самое, только с двумя противоположными регулирующими органами; на фиг.16 - регулятор-отсекатель в центральном ниппеле; на фиг.17 - регулятор-отсекатель в обычной скважинной камере; на фиг.18 - регулятор-отсекатель в скважинной камере с каналом подвода; на фиг.19, 20 - насосная установка с регулятором-отсекателем, установленным в ниппеле или скважинной камере под вставным насосом; на фиг.21, 22 - то же самое, только установленным отдельно, ниже насоса, в ниппеле или скважинной камере; на фиг.23 - насосная установка с регулятором-отсекателем для двух разобщенных пластов одной скважины; на фиг.24 - насосная установка с регулятором-отсекателем для исключения срыва подачи насосом в осложненных условиях эксплуатации скважины; на фиг.25, 26 - насосная установка с регулятором-отсекателем (в двух исполнениях) для эксплуатации скважин при выносе песка из пласта; на фиг.27 - насосная установка с регулятором-отсекателем для предупреждения гидрато- и парафинообразований в скважине; на фиг.28, 29 - установка с регулятором-отсекателем (в двух исполнениях) для исследования характеристик пласта скважины; на фиг.30 - установка с регулятором-отсекателем для нагнетательной, фонтанной и газлифтной скважины при одновременной и/или поочередной эксплуатации нескольких нагнетательных и/или добывающих пластов; на фиг.31 - то же самое, только для газовой скважины.

Регулятор-отсекатель состоит (фиг.1-15) из корпуса 1 с одним или несколькими верхними 2 и нижними 3 пропускными каналами постоянного или переменного сечения (например, в виде цилиндрических отверстий, прямоугольных, квадратных или треугольных прорезей и пр.), наружными нижними 4 и/или верхними 5 уплотнительными элементами (манжетами) и нижним или верхним фиксатором 6 (например, в виде цанги, пружинного кольца, защелки, замкового устройства и пр.). Внутри корпуса 1 размещен, по меньше мере, один регулирующий орган в виде камеры 7 сильфона или поршня 8 со штоком 9 и затвором 10 (например, в виде шара, конуса, сферы, глухого или полого поршня и пр.) в седле 11. Камера 7 сильфона или поршня 8 может иметь отверстия 12 с узлом зарядки 13 (например, в виде золотника и пр.) для заполнения ее сжатым газом.

Затвор 10 (см. фиг.1) может быть установлен над или под седлом 11 свободно (жестко не связан со штоком 9), чтобы обеспечить надежность и герметичность пары "затвор 10 - седло 11" при динамических нагрузках сильфона или поршня 8. Для малодебитных скважин свободный затвор 10 дополнительно может быть подпружинен пружиной 14, чтобы обеспечить надежное закрытие затвором 10 проходного сечения седла 11.

Затвор 10 может быть жестко связан со сильфоном или поршнем 8 через шток 9 и/или стержень 15, но при этом возможно нарушение герметичности пары "затвор 10 - седло 11" при динамических нагрузках и пульсации давления жидкости в скважине. В корпусе 1 стержень 15 или шток 9 может быть снабжен противодействующим элементом 16 для создания дополнительного сопротивления на перемещение сильфона или поршня 8 в момент открытия и/или закрытия затвора 10 в седле 11 с целью управления в широком диапазоне давлением срабатывания регулятора-отсекателя.

В корпусе 1 могут быть установлены два противоположных седла 11 и 17 с одинаковыми или разными проходными диаметрами, а между ними размещен свободно (см. фиг.2) или жестко связан со штоком 9 камеры 7 сильфона или поршня 8 (см. фиг.3, 4) один затвор 10 двойного действия с возможностью герметичного закрытия проходного сечения каждого из седел 11 и 17, для обеспечения возможности как регулирования забойного давления затвором 10 при прохождения потока жидкости через нижнее седло 17 (а также для исключения через него при свободном затворе 10 обратного перетока в процессе опрессовки и глушении скважины), так и отсекания затвором 10 потока жидкости через верхнее седло 11 при росте динамического уровня жидкости.

В камере 7 сильфона или поршня 8 без узла зарядки 13 может быть установлен управляемый пружинный элемент 18 (см. фиг.4) для регулирования давления открытия и закрытия затвора 10 в седле 11 и/или 17 за счет изменения усилия пружины, при этом камера 7 герметично изолирована или гидравлически соединена с внутренним или внешним пространством корпуса 1.

Также в корпусе 1 могут быть установлены между седлами 11 и 17 свободно или подпружинены пружиной 14 (см. фиг.5), или жестко связаны между собой (см. фиг.6) два затвора 10 и 19, с возможностью герметичного закрытия проходного сечения каждого из седел 11 и 17, для обеспечения возможности как регулирования забойного давления, так и отсекания потока жидкости через регулятор-отсекатель.

В корпусе 1 между седлами 11 и 17 могут быть размещены также два затвора 10 и 19, но только один из них 19 подпружинен пружиной 14, а другой 10 - взаимосвязан через стержень 15 и/или шток 9 с сильфоном или поршнем 8 камеры 7 (см. фиг.7), для возможности как регулирования забойного давления и/или исключения обратного перетока жидкости при опрессовке и глушении скважины, так и отсекания потока жидкости через регулятор-отсекатель при росте динамического уровня жидкости.

Для возможности использования регулятора-отсекателя в обычной скважинной камере (например, типа КТ1-73Б, КТ1-89Б без канала подвода снизу) в его корпусе 1 может быть выполнена перегородка 20 с осевым сквозным уплотняющим отверстием 21 под диаметр стержня 15 или штока 9, для разобщения наружной полости 22 камеры 7 сильфона или поршня 8, причем корпус 1 снаружи имеет сообщающиеся отверстия 23, гидравлически соединенные с наружной полостью 22 камеры 7 сильфона или поршня 8 (см. фиг.8).

Для возможности использования регулятора-отсекателя также в обычной скважинной камере в его корпусе 1 седло 11 может быть выполнено с осевым уплотняющим отверстием 24 под диаметр стержня 15 или штока 9 и не осевыми одним или несколькими продольными сквозными 25 и поперечными 26 отверстиями, причем последние с одной стороны гидравлически соединены с полостью седла 11, а с другой стороны - верхним или верхними пропускными каналами 2 корпуса 1 (см. фиг.9). Седло 11 также может быть выполнено полым с заглушенным концом 27 и внутри его установлен затвор 10, которой взаимосвязан со стержнем 15 через верхнее отверстие седла 11 (см. фиг.10).

Для избежания зарядки сжатым газом камеры 7 сильфона 8 и обеспечения открытия регулятора-отсекателя также от снижения давления жидкости в скважине в корпусе 1 может быть установлен вспомогательный сильфон 28, жестко связанный одним концом с корпусом 1, а другим концом - со штоком 9 камеры 7 сильфона 8, при этом между сильфонами 8 и 28 образуется герметично изолированная атмосферная полость 29 (см. фиг.11, 12 и 13). При этом диаметр сильфона 8 выполнен больше, чем диаметр вспомогательного сильфона 28, причем последний равен диаметру затвора 10 в седле 11 для его уравновешивания. Также на корпусе 1 выполнены сообщающиеся отверстия 30, гидравлически соединенные с камерой 7 сильфона 8 через отверстия 12.

Для возможности регулирования в широком диапазоне забойного давления при эксплуатации скважины в корпусе 1 может быть установлен дополнительно регулирующий орган в виде камеры 31 сильфона или поршня 32 со штоком 33 и/или стержнем 34, и затвором 35 в седле 36 (см. фиг.14, 15), при этом камера 31 имеет отверстия 37 с узлом зарядки 38 для заполнения ее сжатым газом.

В процессе работы регулятор-отсекатель может быть установлен в центральный ниппель 39 и зафиксирован фиксатором 6 в канавке 40 для исключения его выброса при эксплуатации скважины (см. фиг.16). Также он может быть установлен в карман 41 скважинной камеры 42 с пропускными каналами 43 и нижним заглушенным концом 44 без (см. фиг.17) или с каналом подвода 45 снизу (см. фиг.18). При этом ниппель 39 или скважинная камера 42 с регулятором-отсекателем спускается на башмаке колонны труб при спуске подъемника с замком для вставного штангового насоса 46 (см. фиг.19, 20) или она спускается и устанавливается ниже насоса УЭЦН, УШГН с пакером (пакерами) 47 и направляющим элементом разъединителя колонны 48 в скважине, имеющей один или несколько пластов (см. фиг.21-24).

Регулятор-отсекатель работает в насосной скважине (фиг.19-27) следующим образом.

Проходное сечение регулятора-отсекателя перед запуском скважины для насосной эксплуатации находится в закрытом состоянии. Гидростатическое давление (Рт) раствора глушения в трубе на глубине каждого регулятора-отсекателя (см. фиг.1-10, 14, 15), действующее снаружи на его сильфон или поршень 8, больше, чем давление зарядки (Рс) или усилия пружины 14 (Рп) в камере 7, из-за чего сильфон или поршень 8 находится в верхнем крайнем положение. При этом если затвор 10 жестко соединен с сильфоном или поршнем 8 или подпружинен, то стержень 15 поднимается выше посадочной поверхности седла 11 и затвор 10 садится в седло 11, а если затвор находится в свободном состоянии, то он садится в седло 17. Если в корпусе 1 камера 7 не имеет пружины 14 и узла зарядки сжатым газом (см. фиг.11-13), то давление жидкости в скважине действует изнутри на сильфон 8, тем самым закрывает проход седла 11 сверху затвором 10.

После запуска насоса 46 в работу уровень жидкости в скважине снижается и достигает заданного значения, при котором сильфон или поршень 8 со стержнем 15 (под избыточном давлении сжатого газа в камере 7-Рс) перемещает затвор 10 от седла 11, тем самым открывает проходное сечение регулятора-отсекателя для прохождения среды из пласта в скважину. При этом пластовая среда (Q) поступает в полость корпуса 1 через каналы 3 (см. фиг.16, 18) или каналы 2 (см. фиг.17).

В процессе эксплуатации насосной скважины регулятор-отсекатель (см. фиг.1-4, 6, 14, 15) регулирует забойное давление, в частности исключает снижение забойного давления ниже его допустимого значения, которое определяется из проекта разработки. Это процесс происходит следующим образом. При снижении забойного давления сильфон (или поршень) 8 или 32 со стержнем 15 или 34 под избыточным давлением Рс перемещает затвор 10 или 35 к седлу 17 или 36, уменьшая его проходное сечение, тем самым снижается расход среды через регулятор-отсекатель и, соответственно, увеличивается забойное давление.

В случае остановки работы насоса 46 (например, для ремонта скважины) уровень жидкости в скважине над регулятором-отсекателем растет и, соответственно, увеличивается давление жидкости, действующее на сильфон или поршень 8. При достижении давления жидкости на его глубине заданной величины затвор 10 перемещается вверх (фиг.1-10, 14, 15) или вниз (фиг.11-13) перекрывая проходное сечение седла 11 и отсекая поток пластового флюида, для проведения подземного ремонта скважины без глушения раствором. Также при глушении скважины затвор 10 в седле 17 или 11 выполняет функцию обратного клапана для исключения поглощения пластом раствора.

Регулятор-отсекатель (фиг.1-5, 8-10), пропуская через себя жидкость при насосной эксплуатации, также позволяет стабилизировать динамический уровень жидкости в затрубном пространстве скважины за счет дополнительной добычи жидкости из нижнего или верхнего вспомогательного (водяного) пласта (см. фиг.23, 24) или переливая часть добываемой жидкости из колонны труб в затрубное пространство через регулятор-отсекатель в скважинной камере 42 над насосом 46 (фиг.23) при снижении уровня жидкости ниже его допустимого значения.

При эксплуатации скважин с УЭЦН (или УШГН) в осложненных условиях под или над пакером (для однопакерной системы) или между пакерами 47 (для двупакерной системы) устанавливают несколько регуляторов-отсекателей 42, 49 и 50 (см. фиг.25, 26). При этом поток пластового флюида разделяют на потоки газа, нефти и воды с песком, и их направляют в полость трубы через соответствующие регуляторы-отсекатели 50, 49 и 42, например, для накопления песка в пескосборнике и/или в забое скважины, учитывая, что песок в воде оседает быстрее, чем в водонефтяной эмульсии. В случае необходимости промывки песка сначала поднимают насос 46 (см. фиг.25) из скважины и затем спускают вспомогательную колонну труб с хвостовиком в виде труб меньшего диаметра внутрь отсекательной установки. Далее закачивают жидкость (воду) в полость вспомогательной колонны труб и обеспечивают промывку песка. В процессе промывки регуляторы-отсекатели 50, 49 и 42 закрываются от давления жидкости, что исключает поглощение жидкости продуктивным пластом. При этом установка может быть оснащена клапанным устройством (которое открывается при повышении избыточного давления в колонне труб) или каналами 51, для возможности опрессовки нижнего (механического) пакера 47 на герметичность (снизу и сверху), и/или утилизации песка и воды во вспомогательном пласте, и/или промывки скважины. При наличии механического пакера 47 (см. фиг.26) промывку проводят после временного его освобождения. Для обеспечения промывки обратный клапан изнутри насоса УЭЦН 46 исключают и взамен его над насосом 46 устанавливают отдельный съемный обратный клапан 52, которой извлекается из скважины с помощью канатной техники перед промывкой и/или утилизацией. С целью повышения надежности насоса 46 его соединяют с переводником 53 изнутри и снаружи его устанавливают кожух 54, соединенный с хвостовиком 55 из колонны труб. Установка с регулятором-отсекателем (см. фиг.25, 26), в целом, служит для эксплуатации насосной скважины при выносе песка из пласта, защиты и снижения вероятности полета УЭЦН 46, для промывания песка в забое скважины, внутрискважинной сеперации песка, воды, нефти и газа, а также непрерывной и/или периодической утилизации песка и/или воды во вспомогательный пласт.

Регулятор-отсекатель в скважинной камере 42 (см. фиг.27) может применяться для предупреждения гидрато- и парафинообразований за счет снижения потерь тепла пластового флюида в подъемнике при использовании греющего кабеля 56, плотно закрепленного снаружи подъемника, температура которого регулируется в заданном оптимальном диапазоне с помощью станции управления (при повышении температуры кабеля и/или потока флюида станция отключается автоматически). При этом с помощью регулятора-отсекателя (установлен на глубине, например 10-50 м от устья, т.е. выше зоны вечной мерзлоты) отдавливается и поддерживается (исключая или регулируя расход попутного газа) динамический уровень жидкости в затрубном пространстве скважины ниже зоны вечной мерзлоты за счет регулирования давления газа, тем самым снижаются потери температуры флюида в подъемнике, так как теплопроводность газа гораздо меньше теплопроводности жидкости.

Регулятор-отсекатель работает при исследовании скважины (см. фиг.28, 29) с одним или несколькими глубинными приборами 57 (например, манометром, расходомером и пр.). При этом колонна труб над пакером 47 может быть оснащена скважинной камерой 58 с глухой пробкой или циркуляционным клапаном. В процессе исследований скважины, в частности, для определения КВД пласта снижают уровень жидкости в колонне труб (например, путем свабирования или закачки газа через скважинную камеру 58) и обеспечивают открытие регулятора-отсекателя 42. После притока флюида из пласта в полость трубы он закрывается при заданном росте столба жидкости, что дает возможность регистрировать значение забойного давления во времени без помех работы подъемника.

Регулятор-отсекатель с одним или двумя затворами (см. фиг.1-4) в виде шара, сферы или конуса 10 над седлом 11 или 17, или в виде глухого или полого поршня 10 в седле 11, может применяться для фонтанной, газлифтной или нагнетательной скважины. Он может функционировать от забойного (Рз) и/или трубного давления (Рт), то есть сильфон или поршень 8 со стержнем 15 под избыточным давлением перемещается вверх, тем самым затвор 10 отходит от седла 11 или 17, открывая его проходное сечение. А при уменьшении давления Рз и/или Рт, наоборот, затвор 10 закрывает проходное сечение седла 11.

Регулятор-отсекатель регулирует работу пласта и отсекает призабойную зону в фонтанной (нефтяной, газовой и газоконденсатной) или газлифтной скважине (см. фиг.30, 31), в частном случае, при снижении давления в колонне труб (Рт или Рз) и/или при падении давления на глубине призабойной зоны пласта (Рт или Рз), а также при открытом фонтане. В случае падения давления в колонне труб и/или на уровне призабойной зоны скважины (например, для газлифта при подаче газа через рабочий клапан) регулятор-отсекатель уменьшает пропускное сечение по жидкости (выполняет функции регулятора давления до и/или после себя), а в случае значительного снижения давления он закрывается полностью (выполняет функцию отсекателя).

Для нагнетательной скважины закачка среды в пласт обеспечивается через регулятор-отсекатель расхода в скважинной камере 42 (см. фиг.30), установленной на глубине интервала перфорации. Это установка также используется для одновременной и/или поочередной (периодической) эксплуатации одного или нескольких добывающих и/или нагнетательных пластов одной скважины. При этом для каждого пласта скважины выбираются соответствующие регуляторы-отсекатели (которые открываются при разных давлениях) в скважинных камерах 42 в зависимости от проектного расхода или давления, причем в зависимости от условий закачки и/или добычи, для одного или некоторых из них могут быть установлены глухие пробки и/или регуляторы-отсекатели с регулирующим органом в виде седла 11 (штуцера) с затвором 10 в скважинных камерах 42. Нагнетаемая среда из полости колонны труб при заданном давлении поступает в пласт через регулятор-отсекатель в скважинной камере 42, причем минимальное давление закачки среды в пласт может считаться давлением его открытия. Для поочередности закачки среды в пласты регулятор-отсекатель может меняться на глухую пробку, или же закачка осуществляется при меньшем устьевом давлении, соответствующем давлению закрытия одного регулятора-отсекателя. Кроме того, регулятор-отсекатель применяется для закачки среды в нагнетательный пласт при отсекании добывающего пласта, или для добычи флюида из добывающего пласта при отсекании другого нагнетательного пласта одной скважины. Эту операцию выполняют путем периодической смены регулятора-отсекателя на глухую пробку или наоборот, в скважинной камере 42 (на уровне пласта), или же путем использования регулятора-отсекателя для каждого соответствующего пласта с возможностью исключения поступления среды в добывающий пласт при закачке ее в нагнетательный пласт, а при добыче флюида из добывающего пласта, наоборот, исключить ее поступление в нагнетательный пласт одной скважины.

Формула изобретения

1. Регулятор-отсекатель, состоящий из корпуса с одним или несколькими верхними и нижними пропускными каналами, наружными уплотнительными элементами и фиксатором, внутри которого размещен, по меньшей мере, один регулирующий орган в виде камеры сильфона или поршня со штоком и/или затвора с соответствующим седлом, отличающийся тем, что затвор установлен под и/или над седлом, и/или внутри седла, и/или между седел, свободно и/или подпружинен, и/или жестко связан со штоком камеры сильфона или поршня, причем камера выполнена без или с узлом зарядки ее сжатым газом и размещена в корпусе сверху и/или снизу, соответственно по направлению ее штока вниз и/или вверх, при этом эффективный диаметр сильфона или поршня больше или равен контактному диаметру затвора с седлом.

2. Регулятор-отсекатель по п.1, отличающийся тем, что камера сильфона или поршня без узла зарядки может быть герметично изолирована или гидравлически соединена с полостью корпуса или пространством за корпусом, при этом в камере установлен управляемый усилием пружинный элемент.

3. Регулятор-отсекатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что шток или затвор оснащен стержнем, который размещен в седле с возможностью перемещения внутри него и образования с ним кольцевого пропускного сечения, причем площадь последнего меньше, чем площадь сечения верхних и/или нижних пропускных каналов корпуса, для сужения потока среды в сечении седла.

4. Регулятор-отсекатель по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что в корпусе под или над камерой сильфона или поршня установлены два противоположных седла с одинаковыми или разными проходными диаметрами, а между ними размещен свободно или жестко связан со штоком камеры сильфона или поршня один затвор двойного действия или установлены свободно или подпружиненно, или жестко связаны два затвора, с возможностью герметичного закрытия проходного сечения каждого из седел.

5. Регулятор-отсекатель по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что в корпусе под или над камерой сильфона или поршня установлены два противоположных седла с одинаковыми или разными проходными диаметрами, а между ними размещены два затвора, один из которых подпружинен, для исключения обратного перетока жидкости.

6. Регулятор-отсекатель по п.3 или 4, отличающийся тем, что площадь сечения нижнего седла меньше или больше, чем площадь кольцевого сечения между седлом и стержнем, для сужения потока среды соответственно в пропускном сечении нижнего или верхнего седла в зависимости от условий эксплуатации скважины.

7. Регулятор-отсекатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что в корпусе под или над камерой сильфона или поршня выполнена перегородка с осевым сквозным уплотняющим отверстием под диаметр стержня или штока для разобщения наружной полости камеры сильфона или поршня, при этом на корпусе выполнены сообщающиеся отверстия, гидравлически соединенные с наружной полостью камеры сильфона или поршня.

8. Регулятор-отсекатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что в корпусе седло над или под затвором выполнено с осевым уплотняющим отверстием под диаметр стержня или штока и не осевыми одним или несколькими продольными сквозными и поперечными отверстиями, причем последние с одной стороны гидравлически соединены с полостью седла, а с другой стороны - верхним или верхними пропускными каналами корпуса.

9. Регулятор-отсекатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что в корпусе седло с внутренним затвором выполнено с заглушенным концом и не осевыми одним или несколькими продольными сквозными и поперечными отверстиями, причем последние с одной стороны гидравлически соединены с полостью седла, а с другой стороны - верхним или верхними пропускными каналами корпуса.

10. Регулятор-отсекатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что в корпусе установлен вспомогательный сильфон, жестко связанный одним концом с корпусом, а другим концом - со штоком камеры сильфона, при этом между сильфонами образуется герметично изолированная полость, причем вспомогательный сильфон выполнен относительно с меньшим диаметром, который равен диаметру затвора в седле для его уравновешивания, при этом на корпусе выполнены сообщающиеся отверстия, гидравлически соединенные с камерой сильфона.

11. Регулятор-отсекатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что в корпусе установлены два последовательных регулирующих органа с одинаковыми или разными техническими характеристиками и/или параметрами, причем нижний затвор установлен над соответствующим седлом для регулирования давления потока среды до себя и исключения снижения забойного давления ниже заданного его значения, а верхний затвор размещен под соответствующим седлом для отсекания потока среды при росте динамического уровня жидкости, при этом в корпусе над нижней камерой сильфона или поршня выполнены внутренние пропускные отверстия.

12. Регулятор-отсекатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что в корпусе могут быть установлены два противоположных регулирующих органа с одинаковыми или разными техническими характеристиками и/или параметрами, причем затворы установлены над соответствующими седлами, для отсекания потока среды и/или регулирования давления до себя.

13. Регулятор-отсекатель по одному из пп.1-11, отличающийся тем, что в корпусе стержень или шток камеры сильфона или поршня оснащен противодействующим элементом.

14. Регулятор-отсекатель по одному из пп.1-12, отличающийся тем, что затвор в седле имеет сферическую посадочную поверхность или выполнен в виде шара, или конуса, или полого поршня с пропускными каналами, или глухого поршня в корпусе.

15. Регулятор-отсекатель по одному из пп.1-13, отличающийся тем, что верхние и/или нижние пропускные каналы корпуса выполнены с постоянным или переменным сечением в виде цилиндрических отверстий, или прямоугольных, или квадратных, или треугольных прорезей.

16. Регулятор-отсекатель по одному из пп.1-14, отличающийся тем, что наружные уплотнительные элементы на корпусе установлены над нижними пропускными каналами для установки клапана в центральный ниппель или над и под верхними пропускными каналами для установки его в скважинной камере.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24, Рисунок 25, Рисунок 26, Рисунок 27, Рисунок 28, Рисунок 29, Рисунок 30, Рисунок 31