Обратный клапан для подачи химического реагента, встроенный в извлекаемый скважинный клапан-отсекатель
Группа изобретений относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к системам подачи химических реагентов в скважину. Обратный клапан содержит уплотнение, шток с закрытой головкой и установленный с возможностью плотного прижатия к уплотнению, один или несколько желобков на штоке, пружину, создающую усилие смещения штока в уплотненное положение. Предохранительный клапан содержит плунжер в корпусе с возможностью работы под действием давления рабочей жидкости, проточную трубу, функционально связанную с плунжером, систему подачи химического реагента, размещенную внутри корпуса и включающую, по меньшей мере, один обратный клапан. Устройство проверки герметичности трубопровода текучей среды содержит корпус, имеющий, по меньшей мере, один проход для потока текучей среды, картридж, размещаемый в корпусе и имеющий, по меньшей мере, один проход для потока текучей среды. Последний может занимать такие положения по отношению к, по меньшей мере, одному проходу в корпусе, в которых обеспечивается или прекращается сообщение между указанными проходами для текучей среды в корпусе и картридже. Повышается эффективность, экономичность, снижается стоимость. 4 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.
Настоящее изобретение относится к системе подачи химических реагентов в скважину, а более конкретно к предохранительным клапанам таких систем, снабженных обратным клапаном для предотвращения поступления скважинных флюидов вверх в линию подачи химического реагента, а также к способу обеспечения функционирования таких предохранительных клапанов и устройствам для проверки герметичности трубопроводов.
Подача химических реагентов часто используется в скважинах по добыче нефти в отношении предохранительных клапанов, например извлекаемых скважинных клапанов-отсекателей, в связи с насущной проблемой отложения солей, гидратов, парафинов и других нежелательных твердых образований на конструкциях, находящихся внутри скважины. Указанные отложения, по отдельности или совместно, накапливаясь в предохранительном клапане, то есть на затворе или вокруг него, на торсионной пружине, на поверхности проточной трубы, на силовой пружине и других элементах, могут серьезно ухудшать характеристики функционирования клапана. Для растворения таких отложений вниз в среду скважины могут быть поданы химические реагенты, которые выбираются в зависимости химического состава среды скважины и соответственно от химического состава твердых отложений. В большинстве случаев, для извлекаемых и других типов предохранительных клапанов в традиционно используемых схемах применяются вспомогательные скважинные устройства подачи химических реагентов, устанавливаемые в верхних частях клапанов и соединяемые с ними с помощью обычных соединений, например резьбовых соединений с улучшенными уплотнениями. Скважинные устройства соединяются с наземными пунктами подачи химических реагентов. Химические реагенты подаются из точки расположения клапана подачи над предохранительным клапаном таким образом, чтобы они распространялись в зонах компонентов клапана. Понятно, что плотность среды, турбулентность, препятствия и другие факторы могут препятствовать движению химического реагента к частям предохранительного клапана. Кроме того, химический реагент часто не доходит до внутренних частей предохранительного клапана, которые не открыты непосредственно в зону потока реагента.
Устройства подачи химических реагентов, описанные выше, достаточно дороги, а кроме того возникают проблемы с увеличением размеров конструкции и проблемы соединений. Ввиду растущей потребности в экономичных решениях, обеспечивающих в то же время улучшение технических характеристик, в изобретении предлагается новая система, которая более эффективна, более экономична, имеет более низкую стоимость и обладает другими достоинствами по сравнению с известными устройствами.
В соответствии с изобретением предлагается обратный клапан, содержащий уплотнение, шток, имеющий закрытую головку и установленный с возможностью плотного прижатия к уплотнению, один или несколько желобков на штоке и пружину, создающую усилие смещения штока в уплотненное положение (герметизации), которое может преодолеваться под давлением текучей среды, действующим в направлении, противоположном направлению действия пружины.
В частных вариантах выполнения обратный клапан может содержать, например, два, три или четыре желобка. Шток может иметь полость, вырезанную на его конце, противолежащем головке, и сообщающуюся с одним или несколькими желобками, причем имеются одно или несколько ребер, не затронутых вырезом для посадки пружины.
В изобретении также предлагается предохранительный клапан, содержащий плунжер, размещенный в корпусе с возможностью работы под действием давления рабочей жидкости, проточную трубу, функционально связанную с плунжером, и систему подачи химического реагента, размещенную внутри корпуса и включающую по меньшей мере один описанный выше обратный клапан, например два обратных клапана.
В одном из частных вариантов выполнения система подачи химического реагента содержит трубопровод текучей среды и устройство проверки герметичности. Предохранительный клапан включает в себя корпус, имеющий по меньшей мере один проход для потока текучей среды, и картридж, размещаемый в корпусе и имеющий по меньшей мере один проход для потока текучей среды, при этом по меньшей мере один проход в картридже может занимать такие положения по отношению к по меньшей мере одному проходу в корпусе, в которых обеспечивается или прекращается сообщение между указанными проходами для текучей среды в корпусе и картридже. Картридж установлен с возможностью возвращения в прежнее положение для прекращения указанного сообщения после его создания.
Далее, в изобретении также предлагается способ обеспечения функционирования предохранительного клапана, в котором подают текучий химический реагент через систему подачи химического реагента, размещенную внутри предохранительного клапана и включающую по меньшей мере один описанный выше обратный клапан.
В предпочтительном варианте осуществления поток текучего химического реагента подают по линии подачи химического реагента под давлением, достаточным для открытия по меньшей мере одного обратного клапана, размещенного внутри предохранительного клапана, в частности по меньшей мере двух обратных клапанов.
В способе может дополнительно осуществляться проверка герметичности трубопровода текучей среды, включающая сжатие текучей среды до первого давления и сжатие текучей среды до второго давления для преодоления действия фиксатора в устройстве для проверки герметичности с обеспечением протекания потока текучей среды через устройство. В качестве фиксатора может использоваться срезной штифт.
Кроме того, в изобретении предлагается устройство проверки герметичности трубопровода текучей среды, содержащее корпус, имеющий по меньшей мере один проход для потока текучей среды, и картридж, размещаемый в корпусе и имеющий по меньшей мере один проход для потока текучей среды, при этом по меньшей мере один проход в картридже может занимать такие положения по отношению к по меньшей мере одному проходу в корпусе, в которых обеспечивается или прекращается сообщение между указанными проходами для текучей среды в корпусе и картридже.
В предпочтительном варианте указанное устройство дополнительно содержит фиксатор, предотвращающий перемещение картриджа относительно корпуса с препятствованием возникновения сообщения текучей среды между по меньшей мере одним проходом в картридже и по меньшей мере одним проходом в корпусе до наступления заданного условия преодоления действия фиксатора. В качестве фиксатора также может использоваться срезной элемент и при этом заданное условие относится к давлению.
В нижеприведенном описании раскрываются объекты изобретения и варианты его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые элементы обозначены одинаковыми ссылочными номерами. На этих чертежах, которые являются неотъемлемой частью описания, показано:
на фиг.1 - вид извлекаемого скважинного клапана-отсекателя с частичным разрезом, который снабжен системой подачи химических реагентов;
на фиг.2 - увеличенный вид сечения левой стороны части выреза, приведенного на фиг.1;
на фиг.3 - та же самая конструкция, что и на фиг.2, в положении, когда к клапану-отсекателю подается химический реагент;
на фиг.4 - схематический вид обратного клапана в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг.5 - схематический вид устройства проверки герметичности, установленного в скважинном клапане-отсекателе;
на фиг.6 - вид сечения устройства проверки герметичности до преодоления действия фиксатора; и
на фиг.7 - вид сечения устройства проверки герметичности после преодоления действия фиксатора.
На фиг.1 в качестве примера представлен вид с частичным вырезом извлекаемого скважинного клапана-отсекателя (ИСКО), конструкция которого модифицирована в соответствии с изобретением. ИСКО в целом имеет ссылочное обозначение 10. Специалист среднего уровня в данной области техники сразу узнает обычные компоненты ИСКО: плунжер 12, камеру 14 плунжера, линию управления 16 и проточную трубу 18. Примером ИСКО является изделие под номером Н826103110 из ассортимента оборудования, выпускаемого компанией Baker Oil Tools. Остальные компоненты ИСКО известны в данной области техники и не нуждаются в рассмотрении или иллюстрации. В соответствии с настоящим изобретением корпус 22 ИСКО снабжен устройством подачи химического реагента, встроенным непосредственно в корпус клапана. Подробное описание устройства приведено ниже. Также на фиг.1 показана вспомогательная линия 20, которая фактически является линией подачи химического реагента, связанной с удаленным пунктом доступа к запасу химического реагента (или реагентов), который может располагаться на поверхности или также находиться внутри скважины. Как это понятно среднему специалисту в данной области техники, в разное время по разным причинам могут использоваться разные химические реагенты, каждый из которых может быть подан вниз по линии 20 подачи реагента, как это более подробно описано ниже.
На фиг.2 показано, что линия 20 подачи химического реагента присоединена к корпусу 22 с помощью обычных средств, использующих муфту 24 линии управления, которая ввинчивается в расширенную часть 26 корпуса 22 клапана-отсекателя. Как можно видеть, линия управления 20 выступает немного из муфты 24 так, что опирается на заплечик 28 прохода 30, имеющего меньший размер и соединяющегося с каналом 32. Соединение между частями 30 и 32 должно обеспечивать подачу достаточного объема текучего химического реагента. Канал 32 ведет в канал 34, имеющий больший размер и предназначенный для размещения в нем двух обратных клапанов 36 и 38, которые должны предотвращать поступление скважинных флюидов вверх в линию подачи химического реагента. Между обратными клапанами 36 и 38 размещается проставка 40, которая обеспечивает работу клапанов, поскольку она формирует поверхность 42, на которую опирается пружина 44 первого обратного клапана 36, и, кроме того, она обеспечивает пространство между поверхностью 42 и верхней частью обратного клапана 38 для предотвращения замедления потока текучей среды. Обратные клапаны удерживаются в необходимом положении с помощью двух резьбовых муфт 46 (в одном варианте осуществления изобретения), одна из которых формирует седло 48 для пружины 50, а вторая просто стопорит первую муфту 46. Обе стопорные муфты имеют центральные проходы, формирующие трубку 52 так, что текучий химический реагент может протекать через нее в камеру 54, из которой текучая среда может растекаться во всех направлениях вокруг компонентов клапана-отсекателя. Важно отметить, что не используется никаких уплотнений между корпусом 22, проточной трубой 18, силовой пружиной, которая здесь не показана, но известна среднему специалисту в данной области техники, и другими компонентами данного устройства. Самым большим достоинством описанной конструкции является то, что подаваемый жидкий химический реагент должен протекать через указанные части для того, чтобы попасть во внутреннюю полость ствола скважины, что повышает вероятность поступления реагента ко всем зонам, в которых могут образовываться отложения гидратов или других твердых веществ. Это важное обстоятельство, поскольку уменьшается расход химических реагентов и требуется меньше времени действия реагентов для того, чтобы удалить осаждения твердых отложений, которые ухудшают характеристики работы клапана-отсекателя и в конечном счете приводят к необходимости проведения ремонта.
Важно отметить, что при создании устройства настоящего изобретения авторы пришли к выводу, что обратные клапаны, обычно используемые в системах подачи химических реагентов, будут плохо работать в таком устройстве. Это связано с тем, что клапаны систем подачи химических реагентов разработаны для использования в каналах, имеющих гораздо большие размеры, что позволяет использовать центральный проход ствола скважины. В данном случае это невозможно из-за ограниченного диаметра, который определяется толщиной корпуса 22. Для обеспечения работы устройства в соответствии с идеей изобретения необходимо было разработать новый обратный клапан, который позволил бы получить достаточный поток для достижения желаемого результата, будучи установленным в гораздо более узком проходе по сравнению с известными клапанами.
На фиг.2 представлен вид сечения самого клапана, и полное представление о его конструкции и работе можно составить, рассматривая одновременно вид клапана, представленный на фиг.4.
Обратный клапан (см. фиг.4) содержит уплотнение 60, в качестве которого в одном из вариантов осуществления изобретения используется полиэфирэфиркетоновое уплотнительное кольцо, которое взаимодействует с головкой 62 штока, которая в данном варианте осуществления имеет форму полусферы. Однако предполагается, что могут использоваться и другие формы, например овальная. В данном варианте осуществления изобретения за полусферической головкой 62 располагаются один или несколько продольных желобков 63 в корпусе 64. В одном из вариантов осуществления изобретения продольные желобки формируются машинной обработкой под углом 90° друг к другу так, что между ними формируются узкие ребра 66. Таким образом, поперечное сечение корпуса 64 в описываемом варианте представляет знак «+» или букву "X", в зависимости от ориентации. Предполагается, что могут использоваться и другие конфигурации поперечного сечения ребер, например, в форме латинской буквы "Y". Хотя выше упоминалась машинная обработка, однако продольные желобки могут быть сформированы и другими способами, например отливкой.
Хвостовая часть корпуса 64 штока снабжена полостью 67, обеспечивающей хорошие условия прохождения потока во внутреннюю часть пружины 44, и поэтому дросселирование в этой зоне существенно уменьшается. Было установлено, что новый обратный клапан хорошо выполняет свое предназначение и что обеспечивается надежная работа ИСКО, модифицированного в соответствии с настоящим изобретением, в течение длительного срока службы.
На фиг.3 стрелками показан путь потока подаваемого химического реагента и его действие на обратные клапаны 36 и 38. Из приведенного чертежа видно, что текучая среда поступает под давлением из удаленного пункта в описанное устройство и оказывает силовое воздействие на головку 62 штока 58. Если на головку 62 действует достаточное давление, то пружина 44 сжимается, и текучая среда проходит уплотнение 60, обтекает головку 62 и поступает в желобки 65 штока 58. Этот процесс повторяется в обратном клапане 38, и подаваемый химический реагент поступает в камеру 54 и далее во все возможные каналы движения реагента в клапане ИСКО. Необходимо обратить внимание на способ графического представления текучей среды в полости 54 и во всех других частях фиг.3, на которых используется этот способ. Целью такого представления является показ всех путей движения подаваемого химического реагента.
Желательно также, чтобы вышеописанное устройство выполняло задачу проверки целостности линии, ведущей к клапану-отсекателю. Устройство могло бы быть приспособлено для проверки также и других линий, а не только линии подвода химических реагентов и таким образом может использоваться с другими приспособлениями.
В продолжение ранее описанных фигур на фиг.5 показаны заплечик 28, проход 30 и канал 32 в корпусе 22 клапана ИСКО. На фиг.5 также иллюстрируется устройство 80 проверки герметичности линии. Устройство содержит корпус 82 и картридж 84. Уплотнение 86 на внешней поверхности корпуса 82 взаимодействует с внутренней поверхностью прохода 88, предотвращая утечку вокруг устройства 80. Также на фиг.5 можно видеть прорези 90 для прохождения потока, которые взаимодействуют с канавками потока (различное количество этих канавок, зависящее от интенсивности и площади сечения потока, показано на разных фигурах) в картридже 84, когда устройство 80 "открыто". На виде, представленном на фиг.5, устройство 80 проверки герметичности "закрыто". Оно поддерживается в этом состоянии фиксатором 94, в качестве которого в рассматриваемом варианте используется срезной штифт, проходящий сквозь корпус 82 и картридж 84. Кроме того, картридж 84 удерживается от перемещения вверх в направлении устья скважины (влево на чертеже) упором 96, в качестве которого в рассматриваемом варианте используется стопорное кольцо. Понятно, что могут применяться и другие устройства в качестве фиксатора и упора, кроме вышеуказанных, как, например, выступающие части картриджа 84 или ограничительные элементы корпуса 82. Что касается срезного штифта, то необходимо понимать, что могут быть применены и другие фиксирующие средства, которые предотвращают перемещение корпуса 82 и картриджа 84 относительно друг друга до тех пор, пока не будет приложено заданное усилие, под действием которого картридж может перемещаться относительно корпуса. Фиксатор 94 обеспечивает восстановление первоначальной установки устройства 80 путем замены срезного штифта. Могут использоваться и другие варианты фиксатора 94, которые необязательно должны иметь возможность восстановления первоначальной установки, хотя такая возможность желательна. Возможность восстановления первоначальной установки обеспечивает повторное использование устройства, если же первоначальная установка не восстанавливается, то устройство должно быть заменено.
На фиг.6 и 7 представлены виды сечения устройства, на которых можно видеть положение картриджа 84 в корпусе 82 до и после срезания фиксатора соответственно. Эти чертежи позволяют среднему специалисту в данной области техники сразу же понять, как картридж 84 и корпус 82 перемещаются относительно друг друга. На фиг.6 можно видеть одну из прорезей 90 для потока. Когда уплотнение 100, которое установлено на картридже 84 и обеспечивает уплотнение картриджа 84 относительно внутренней поверхности 102 корпуса 82, достаточно смещается в направлении потока (направо на чертеже), оно обеспечивает сообщение между канавками в картридже 84 и прорезями 90 для прохождения текучей среды. Уплотнение 100 находится на фиг.7 в этом смещенном положении, хотя прорези 90 не видны на этой фигуре. Можно видеть, что штифт срезан в двух местах, и центральная часть 94' штифта смещается вниз по отношению к стволу скважины, в то время как концы 94" остаются в положении, которое они занимали до срезания штифта.
В процессе работы на устройство действует первое заданное давление, при котором устройство обеспечивает подтверждение нормального давления системы подачи химических реагентов, и затем оно подвергается действию состояния, рассчитанного на преодоление фиксатора 94, которое может быть более высоким давлением.
В то время как были представлены и описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, возможны различные модификации и замены частей, которые не выходят за рамки сущности и объема изобретения. Соответственно, необходимо понимать, что описание служит исключительно целям иллюстрации изобретения и ни в коем случае не ограничивает его.
1. Обратный клапан, содержащий уплотнение, шток, имеющий закрытую головку и установленный с возможностью плотного прижатия к уплотнению, один или несколько желобков на штоке и пружину, создающую усилие смещения штока в уплотненное положение, которое может преодолеваться под давлением текучей среды, действующим в направлении, противоположном направлению действия пружины.
2. Обратный клапан по п.1, содержащий два желобка.
3. Обратный клапан по п.1, содержащий три желобка.
4. Обратный клапан по п.1, содержащий четыре желобка.
5. Обратный клапан по п.1, в котором шток имеет полость, вырезанную на его конце, противолежащем головке, и сообщающуюся с одним или несколькими желобками, причем имеются одно или несколько ребер, не затронутых вырезом для посадки пружины.
6. Предохранительный клапан, содержащий плунжер, размещенный в корпусе с возможностью работы под действием давления рабочей жидкости, проточную трубу, функционально связанную с плунжером, и систему подачи химического реагента, размещенную внутри корпуса и включающую, по меньшей мере, один обратный клапан по п.1.
7. Предохранительный клапан по п.6, включающий два обратных клапана.
8. Предохранительный клапан по п.6, в котором система подачи химического реагента содержит трубопровод текучей среды и устройство проверки герметичности.
9. Предохранительный клапан по п.8, содержащий корпус, имеющий, по меньшей мере, один проход для потока текучей среды, и картридж, размещаемый в корпусе и имеющий, по меньшей мере, один проход для потока текучей среды, при этом, по меньшей мере, один проход в картридже может занимать такие положения по отношению к, по меньшей мере, одному проходу в корпусе, в которых обеспечивается или прекращается сообщение между указанными проходами для текучей среды в корпусе и картридже.
10. Предохранительный клапан по п.9, в котором картридж установлен с возможностью возвращения в прежнее положение для прекращения указанного сообщения после его создания.
11. Способ обеспечения функционирования предохранительного клапана, в котором подают текучий химический реагент через систему подачи химического реагента, размещенную внутри предохранительного клапана и включающую, по меньшей мере, один обратный клапан по п.1.
12. Способ по п.11, в котором подают поток текучего химического реагента по линии подачи химического реагента под давлением, достаточным для открытия, по меньшей мере, одного обратного клапана, размещенного внутри предохранительного клапана.
13. Способ по п.11, в котором подают поток текучего химического реагента по линии подачи химического реагента под давлением, достаточным для открытия, по меньшей мере, двух обратных клапанов, размещенных внутри предохранительного клапана.
14. Способ по п.11, дополнительно включающий проверку герметичности трубопровода текучей среды.
15. Способ по п.14, в котором проверка герметичности включает сжатие текучей среды до первого давления.
16. Способ по п.15, в котором проверка герметичности включает сжатие текучей среды до второго давления для преодоления действия фиксатора в устройстве для проверки герметичности с обеспечением протекания потока текучей среды через устройство.
17. Способ по п.16, в котором в качестве фиксатора используется срезной штифт.
18. Устройство проверки герметичности трубопровода текучей среды, содержащее корпус, имеющий, по меньшей мере, один проход для потока текучей среды, и картридж, размещаемый в корпусе и имеющий, по меньшей мере, один проход для потока текучей среды, при этом, по меньшей мере, один проход в картридже может занимать такие положения по отношению к, по меньшей мере, одному проходу в корпусе, в которых обеспечивается или прекращается сообщение между указанными проходами для текучей среды в корпусе и картридже.
19. Устройство по п.18, дополнительно содержащее фиксатор, предотвращающий перемещение картриджа относительно корпуса с препятствованием возникновения сообщения текучей среды между, по меньшей мере, одним проходом в картридже и, по меньшей мере, одним проходом в корпусе до наступления заданного условия преодоления действия фиксатора.
20. Устройство по п.19, в котором в качестве фиксатора используется срезной элемент.
21. Устройство по п.20, в котором заданное условие относится к давлению.
