Клапан для закачки жидкости в скважину

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для удаления из полости электроцентробежных насосов и колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) различных видов осадков, например неорганических солей, твердых взвешенных частиц песка, асфальтосмолистых и др. веществ. Клапан для закачки жидкости в скважину содержит корпус с верхним и нижним присоединительными резьбами, запорный элемент в виде шара, пружину с регулятором силы ее сжатия, неподвижный полый шток в виде цилиндрической опоры со сквозными радиальными каналами для протока жидкости из колонны насосно-компрессорных труб, ограничитель перемещения шара. Внутри цилиндрической опоры, выполненной ступенчатой, размещен гидрораспределитель потоков со сквозными непересекающимися между собой радиальными и вертикальными каналами. Радиальные каналы гидрораспределителя сообщены с радиальными каналами цилиндрической опоры и соединены между собой центральным вертикальным каналом, перекрытым в нижнем торце дополнительным подпружиненным шаром. Наружная поверхность верхней ступени цилиндрической опоры выполнена с диаметром, меньшим внутреннего диаметра корпуса клапана. Достигается технический результат – повышение надежности работы клапана в условиях присутствия в добываемой продукции твердых взвешенных частиц и обеспечение возможности удаления осадков из погружного оборудования использованием малых объемов химических реагентов. 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для удаления из полости электроцентробежных насосов и колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) различных видов осадков, например, неорганических солей, твердых взвешенных частиц песка, асфальтосмолистых и др. веществ.

При образовании осадков в НКТ и полости электроцентробежного насоса происходят снижение подачи насоса из-за значительного увеличения сопротивлений в погружном оборудовании и возникновение аварийной ситуации.

На выходе из электроцентробежного насоса (ЭЦН) в насосно-компрессорных трубах устанавливаются обратный и сбивной клапаны. Обратный клапан при остановке насоса предупреждает излив жидкости из колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) в скважину и раскручивание вала насоса в обратном направлении. Сбивной клапан позволяет, напротив, освободить НКТ от жидкости для подъема оборудования при ремонте (Богданов А.А. Погружные центробежные электронасосы для добычи нефти. М.: Недра. 1968. С. 52-54).

Известен клапан обратный (патент RU №56940 U1, заявл. 07.04.2006, опубл. 27.09.2006), состоящий из корпуса, седла, закрепленного в корпусе, запорного элемента в виде шара. В корпусе образован цилиндрический канал и ограничитель осевого перемещения запорного элемента в канале с отверстиями для протока жидкости, при этом ограничитель выполнен за одно целое с корпусом. Оси отверстий для протока жидкости расположены на образующих цилиндрического канала. Седло закреплено на входе с помощью гайки и(или) резьбовой втулки с пазами под ключ.

Известен клапан скважинного центробежного насоса (патент RU 72268 U1, заявл. 26.12.2007, опубл. 10.04.2008), содержащий корпус с внутренней и внешней присоединительными резьбами и закрепленным в нем седлом и, размещенный в канале ограничителя осевого перемещения шариковый запорный элемент. Седло клапана снабжено посадочной проточкой под уплотнительное кольцо и зафиксировано относительно корпуса цилиндрической втулкой и шайбой с отверстиями для прохода пластовой жидкости. В верхней части корпуса клапана установлен патрубок с ввинченной в него трубой шламоуловителя, снабженной радиальными отверстиями для прохода пластовой жидкости. Шайба с отверстиями для прохода пластовой жидкости зафиксирована от осевого перемещения относительно корпуса клапана посредством пружинного кольца, а патрубок монтируется в корпусе посредством шпонки с пружинным кольцом.

Общим недостатком приведенных аналогов является невозможность удаления из полости НКТ и электроцентробежного насоса различных осадков путем закачки различных химических реагентов или теплоносителя в скважину через колонну насосно-компрессорных труб и далее погружной насос.

Известен фильтр скважинный очищаемый (патент RU 2441139 С1. заявл. 12.07.2010. опубл. 27.01.2012), включающий наружную и внутреннюю трубы с отверстиями, фильтрующий элемент, закрепленный между трубами, волновой преобразователь. Фильтрующий элемент выполнен в виде свитой по высоте проволоки. Волновой преобразователь выполнен в виде пружины сжатия.

Для очистки фильтра после ее засорения производят остановку центробежного насоса с последующим его запуском в противоположном направлении вращения ротора. Обратный поток жидкости смывает налипшие частицы песка с фильтрующего элемента.

Указанное устройство обладает недостатком, состоящим в невозможности создания обратного тока жидкости из НКТ через насос в скважину в случае наличия обратного клапана на выходе центробежного насоса.

Известен клапан обратный электроцентробежной установки и способ очистки фильтра на приеме насоса (патент RU №2544930 С1. Клапан обратный электроцентробежной установки и способ очистки фильтра на приеме насоса. Заявл. 17.09.2013. Опубл. 16.02.2015). Конструкция клапана включает шток тарельчатого клапана, выполненный полым, подвижную втулку, выполненную ступенчатой, нижняя часть которой с меньшим диаметром образует с наружной поверхностью полого штока клапана скользящую пару трения, а в верхней части втулки выполнены горизонтальные отверстия большего в сравнении с отверстиями штока клапана диаметрами.

Промывку производят спуском груза в колонну труб на скребковой проволоке через лубрикатор на устье скважины, который собственным весом сжимает пружину и перемещает подвижную втулку ступенчатой формы вниз, совмещая горизонтальные отверстия в подвижной втулке и полом штоке тарельчатого клапана и создавая переток жидкости под гидростатическом давлением из колонны насосно-компрессорных труб в скважину через полость насоса и фильтр, а после промывки фильтра груз извлекают из скважины и насос запускают в работу.

Недостаток способа состоит в необходимости спуска груза на скребковой проволоке к клапану через колонну НКТ. Скважина с искривлениями ствола или ее наклон не позволяют осуществить спуск груза через НКТ под собственным весом. С другой стороны, наличие на стенке НКТ каких-либо отложений (солей, парафина) также препятствует спуску груза.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является клапан обратный трехпозиционный, содержащий корпус с верхней и нижней присоединительными резьбами (Патент RU 104618 U1. Клапан обратный трехпозиционный. Заявл. 25.01.2011. Опубл. 20.05.2011. БИ №14).. Корпус клапана выполнен составным и имеет верхнюю, среднюю и нижнюю части. Полый шток закреплен внутри корпуса неподвижно, верхняя часть штока выполнена в виде седла для шара, а под седлом на нем выполнены сквозные радиальные каналы Подвижным элементом является полый поршень, расположенный на внешней образующей полого штока.

Для удаления отложений закачивают растворитель в полость колонны насосно-компрессорных труб. При достижении расчетного давления над клапаном подвижный поршень преодолевает усилие пружины, перемещается вниз и открывает радиальные каналы полого штока. При совмещении отверстий жидкость из насосно-компрессорных труб поступает в насос и очищает его от различных отложений. В случае отложений в насосно-компрессорных трубах закачиваемая жидкость (растворитель) удаляет с их внутренней поверхности осадки парафина, смол и т.д. После обработки избыточное давление снимается. Подвижный поршень под действием пружины возвращается в исходное положение.

Клапан, выбранный в качестве прототипа, обладает недостатком, состоящим в заклинивании подвижного поршня при попадании механических примесей в зазор трущейся пары. В добываемой продукции скважины всегда присутствуют твердые частицы горных пород, выносимых из пласта добываемой продукцией.

Технической задачей предложенного решения является повышение надежности работы клапана в условиях присутствия в добываемой продукции твердых взвешенных частиц.

Поставленная задача решается тем, что в известном решении, включающем корпус с верхним и нижним присоединительными резьбами, запорный элемент в виде шара, пружину с регулятором силы ее сжатия, неподвижный полый шток в виде цилиндрической опоры со сквозными радиальными каналами для протока жидкости из НКТ, ограничитель перемещения шара, согласно изобретению, внутри цилиндрической опоры, выполненной ступенчатой, размещен гидрораспределитель потоков со сквозными непересекающимися между собой радиальными и вертикальными каналами, радиальные его каналы сообщены с радиальными каналами цилиндрической опоры и соединены между собой центральным вертикальным каналом, перекрытым в нижнем торце дополнительным подпружиненным шаром, причем наружная поверхность верхней ступени цилиндрической опоры выполнена с диаметром, меньшим внутреннего диаметра корпуса клапана.

На фиг. 1 и 2 показана схема клапана. В корпусе 1 с нижним 2 и верхним (на фиг. не показано) резьбовыми соединениями размещена ступенчатая цилиндрическая опора 3 с уплотнителем 4 в нижней ступени и стопорным кольцом 5. В нижней части верхней ступени опоры 3 выполнены радиальные каналы 6. Верхнюю торцевую часть опоры 3 перекрывает шар 7, над которым располагается ограничитель его движения 8 со сквозными окнами 9. Отверстие в верхнем торце опоры 3 образует посадочное седло для шара 7. Внутри цилиндрической опоры 3 герметично расположен гидрораспределитель потоков 10 со сквозными радиальными каналами 11, совмещенными с радиальными каналами 6 опоры 3. Каналы 11 соединены с вертикальным каналом 12, нижний торец которого выполнен в форме седла и перекрыт дополнительным шаром 13, подпираемым пружиной 14. Шар 13 с пружиной 14 расположены в корпусе 15 со сквозными каналами 16. В корпусе 15 снизу расположен регулирующий болт 17 с подвижной тарелкой 18.

В корпусе гидрораспределителя потоков 10 выполнены сквозные вертикальные каналы 19. Гидрораспределитель потоков 10 удерживается во внутренней полости опоры 3 контргайкой 20 с резьбовым соединением.

Клапан устанавливается в нижней части колонны насосно-компрессорных труб непосредственно над погружным электроцентробежным насосом (на фиг. не показаны).

Работа клапана состоит в следующем.

При обычной эксплуатации погружного электроцентробежного насоса добываемая продукция пласта после выхода из насоса проходит через вертикальные каналы 19 гидрораспределителя потоков 10, и приподнимая под действием напора шар 7, выходит в колонну насосно-компрессорных труб через окна 9 (на фиг. 1 показано сплошными стрелками).

При образовании осадков в колонне насосно-компрессорных труб или в рабочих органах погружного электроцентробежного насоса, например неорганических солей или механических примесей с асфальтосмолопарафиновыми веществами происходит значительное снижение его подачи, о чем будут свидетельствовать данные по замеру дебита скважины.

Для удаления осадков скважину останавливают отключением погружного двигателя. После остановки шар 7 под собственным весом садится в седло и перекрывает слив жидкости из колонны насосно-компрессорных труб в скважину через рабочие органы насоса.

Далее в колонну насосно-компрессорных труб под избыточным давлением производят закачку расчетного объема растворителя осадков. Растворитель через радиальные каналы 6, 11 и вертикальный канал 12 под избыточным давлением отжимает подпружиненный шар 13 вниз и поступает в насос через сквозные каналы 16 (показано пунктирными стрелками). После закачки расчетного объема растворителя производят остановку закачки и выдержку времени, необходимого для растворения осадков в колонне насосно-компрессорных труб или полости насоса. Далее производят запуск насоса в работу. Продукция скважины, приподнимая шар 7, начнет поступать в колонну насосно-компрессорных труб и откачиваться на поверхность в систему нефтесбора.

Для обеспечения безаварийной работы насоса и эффективности удаления осадков пружина 14 настраивается болтом 17 таким образом, что при остановке насоса шар 13 герметично перекрывал свое седло. Для нагнетания растворителя в колонну насосно-компрессорных труб на устье необходимо дополнительно поднять давление до расчетной величины, при которой шар 13 отожмет пружину 14 и начнет пропускать через жидкость.

Закачка растворителей непосредственно в колонну насосно-компрессорных труб многократно снижает расход реагентов в сравнении с закачкой реагентов через затрубное пространство скважины.

При накоплении осадков мехпримесей на фильтре и в приемной части насоса производят простую промывку насоса закачиваемой жидкостью без применения химических реагентов.

Технико-экономическими преимуществами предлагаемого изобретения являются простота и надежность открытия клапана, а также возможность удаления осадков из погружного оборудования использованием малых объемов химических реагентов.

Клапан для закачки жидкости в скважину, включающий корпус с верхним и нижним присоединительными резьбами, запорный элемент в виде шара, пружину с регулятором силы ее сжатия, неподвижный полый шток в виде цилиндрической опоры со сквозными радиальными каналами для протока жидкости из колонны насосно-компрессорных труб, ограничитель перемещения шара, отличающийся тем, что внутри цилиндрической опоры, выполненной ступенчатой, размещен гидрораспределитель потоков со сквозными непересекающимися между собой радиальными и вертикальными каналами, радиальные его каналы сообщены с радиальными каналами цилиндрической опоры и соединены между собой центральным вертикальным каналом, перекрытым в нижнем торце дополнительным подпружиненным шаром, причем наружная поверхность верхней ступени цилиндрической опоры выполнена с диаметром, меньшим внутреннего диаметра корпуса клапана.