Забойный клапан-отсекатель

Изобретение относится к добыче нефти, в частности к глушению скважин. Технический результат - повышение эффективности автоматического перекрытия забойного интервала скважины при проведении ремонтных или спускоподъемных работ. Забойный клапан-отсекатель, устанавливаемый в скважине совместно с пакером, включающий корпус и подвижную часть с запорными устройствами, работающий от результирующей силы, возникающей от разности давлений в конструкции клапана отсекателя и выталкивающей силы жидкости во время эксплуатации скважины, отсекающий проход в скважине под действием силы, определяемой весом подвижной части клапана и выталкивающей силы жидкости в скважине, позволяющий производить ремонт скважины без ее глушения задавочной жидкостью и обеспечивающий опрессовку скважины. 1 ил.

 

Изобретение относится к области добычи нефти, а именно к глушению скважин. В настоящее время разработка нефтяных месторождений производится с поддержанием пластового давления путем закачки в эксплуатационные горизонты воды или газа. На большинстве таких месторождений в результате интенсификации поддержания пластового давления, пластовое давление выше первоначального давления или выше давления гидростатического столба пластовой жидкости. Несмотря на то, что большинство скважин фонтанирует, для увеличения отбора жидкости в скважины спускаются высокопроизводительные штанговые или электропогружные насосы.

Для спуска насосных установок в скважины, имеющие избыточные давления на устье, необходимо предварительно произвести их задавку, то есть заменить столб пластовой жидкости в скважине специальными растворами (как правило солевыми) с большим удельным весом.

Задавка скважин процесс трудоемкий, дорогостоящий, продолжительный, ведет к большим недоборам нефти после пуска скважины в эксплуатацию. Недоборы, как следствие повреждения призабойной зоны, продолжаются длительное время после окончания ремонтных работ, а также необходимости отработки из пласта задавочной жидкости.

Кроме этого, вследствие воздействия солевого раствора идет интенсивная коррозия нефтепромыслового оборудования и конструкций самой скважины.

Предлагались и предлагаются различные способы глушения скважин. Основной недостаток этих способов в том, что они основаны на закачке в скважину определенных химических веществ с целью повышения плотности или удельного веса закачиваемых растворов, в том числе и соленой воды. Есть и конструкции забойных клапанов-отсекателей, работающих под действием возвратных пружин, перекрывающих проход в скважине под действием этих пружин или пружины, установленных в конструкции клапана-отсекателя. Это известные конструкции клапана Гайберсона и других. К этому же классу относится и «Устройство для перекрывания потока флюида в скважине» - патент №2237152. В этом изобретении основной элемент для управления отсекающим клапаном - возвратная пружина. Основной недостаток этого изобретения и других аналогичных конструкции - использование пружин для управления процессом отсекания. При знакопеременных нагрузках, неизбежных в процессе эксплуатации в скважине, эти нагрузки нарушают систему регулировки, основным элементом которого являются возвратные пружины или пружина, вследствие этого - отказ в работе. Другой недостаток - сложность конструкции.

Целью предлагаемого изобретения является автоматическое отключение пластового давления во время проведения капитального и текущего ремонта скважин. Положительный эффект от использования изобретения заключается в устранении необходимости применения дорогостоящих жидкостей глушения для поддержания пластового давления, в предотвращении нарушения коллекторских свойств в призабойной зоне пласта, возникающих вследствие поглощения пластом жидкости глушения, в исключении дополнительных расходов, связанных с откачкой тяжелой жидкости глушения после проведения ремонта, обеспечение надежного глушения скважин, применением клапана-отсекателя, принцип действия которого основан на иных, надежных действиях гидравлических и механических законах.

Поставленная задача решается применением одного из основных уравнений гидромеханики Д.Бернулли, которая при установившемся движении несжимаемой идеальной жидкости в однородном поле сил тяжести имеет вид:

gh+p/ρ+v²/2=0,

где v - скорость жидкости,

ρ - ее плотность,

p - давление в ней,

h - высота жидкой частицы над некоторой горизонтальной плоскостью,

g - ускорение свободного падения,

С - величина, постоянная на каждой линии тока, но в общем случае изменяющая свое значение при переходе от одной линии тока к другой.

Сумма первых двух членов в левой части уравнения равна полной потенциальной, а третий член - кинетической энергиям, отнесенным к единице массы жидкости;

следовательно, все уравнение выражает для движущейся жидкости закон сохранения механической энергии и устанавливает важную зависимость между v, p и h. Например, если при неизменной h скорость течения вдоль линии тока возрастает, то давление падает, и наоборот. В соответствии с этим принцип работы клапана отсекателя основан на эффекте возникновения разности давлений во время откачки жидкости из скважины, а во время ремонта скважины клапан-отсекатель постоянно закрыт. Другое физическое явление, используемое в решении, - это архимедова сила, то есть сила, выталкивающая тело из жидкости или газа и определяемая по формуле:

F_A=g·ρ_ж·V_Т,

где F_A - архимедова сила, ρ_ж - плотность жидкости, V_Т - объем погруженного в жидкость тела,

то есть тело, погруженное в жидкость, может всплывать, плавать внутри нее, или тонуть.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором изображена принципиальная схема действия клапана-отсекателя (стрелками изображено движения нефти). Клапан-отсекатель 3 спускается в скважину 2 вместе с пакером 8 и соединительной муфтой 1 на глубину ниже эксплуатационного насоса. При достижении необходимой глубины спуска под действием выталкивающей силы нефти подвижная часть 4 клапана-отсекателя 3 приподнимается и закрывает проходное отверстие в скважине.

Конструкция и вес подвижной части 4 клапана-отсекателя 3 рассчитаны таким образом, что она срабатывает на определенной глубине в скважине для стабильной работы спускаемых насосов, то есть ее вес при этом становится меньше выталкивающей архимедовой силы. После пропуска определенного объема нефти под действием результирующей силы, определяемой весом подвижной части 4 клапана-отсекателя 3 и выталкивающей силы жидкости в скважине, подвижная часть 4 клапана-отсекателя 3 приподнимается и усилие через шток 6 передается на тарелку 7, которая перекрывает приток нефти. Верхняя тарелка 5 и нижняя тарелка 7 в подвижной части 4 клапана-отсекателя 3 представляют собой запорные устройства в виде клапанов. При работе насоса во время эксплуатации нефть, всасываясь в подвижную часть 4 клапана отсекателя 3, со скоростью обтекает нижний торец фланца подвижной части 4 клапана отсекателя 3, тем самым создавая зону пониженного давления. Это понижение давления зависит от геометрических размеров конструкции и определяется гидравлическими расчетами и составляют до 10-15% от давления, существующего в зоне установки клапана-отсекателя. (Гидравлика, водоснабжение и канализация. Учебник для ВУЗов. В.И.Калицун, B.C.Кедров и другие. М., 1980, стр.44-45.) А над верхней частью фланца сохраняется высокое давление. Результирующая сила, равная разности давлении на верхней и нижней торцах фланца подвижной части 4 клапана отсекателя 3, передается через шток 6 на тарелку 7, открывая его и обеспечивая приток нефти. Это же сила обеспечивает и надежную технологию опрессовки колонны НКТ. Тарелка 5 подвижной части 4 клапана-отсекателя 3 обеспечивает надежное перекрытие забоя скважины во время опрессовки НКТ. Шток 6, соединяющий верхнюю тарелку 5 и нижнюю 7 подвижной части 4 клапана-отсекателя 3, имеет достаточную длину, чтобы обеспечивать надежную работу клапана-отсекателя.

Преимущества предлагаемого изобретения:

1. Простота конструкции.

2. Клапан является автономным устройством, который открывается при работе насоса и автоматически закрывается при прекращении отбора нефти.

3. Простой и надежный метод регулирования давления открытия и закрытия клапана.

4. Для работы клапана не требуется наличия гидравлических, электрических или каких-либо других дистанционных методов управления, манипуляции НКТ или работы с тросом.

5. Дополнительным преимуществом системы является предотвращение полетов расчленившихся электропогружных и других насосов на забой, что особо важно в наклонно направленных скважинах и скважинах с горизонтальным забойным интервалом.

Забойный клапан-отсекатель, устанавливаемый в скважине совместно с пакером, включающий корпус и подвижную часть с запорными устройствами в виде клапанов, работающий от результирующей силы, возникающей от разности давлений в конструкции клапана-отсекателя и выталкивающей силы жидкости во время эксплуатации скважины, отсекающий проход в скважине под действием силы, определяемой весом подвижной части клапана и выталкивающей силы жидкости в скважине, позволяющий производить ремонт скважины без ее глушения задавочной жидкостью и обеспечивающий опрессовку скважины.