Клапанное устройство для освоения скважины

Полезная модель направлена на упрощение конструкции устройства, повышение эффективности и надежности работы устройства при освоении скважины, оборудованной установкой электроцентробежного насоса. Указанный технический результат достигается тем, что клапанное устройство для освоения скважины снабжено пластиной с уплотнительным элементом, диаметр которой равен контактному диаметру затвора с седлом, жестко посаженной на штоке и перемещающейся в полости стакана, имеющего опорный бурт в нижней части, и расположенного между затвором, с покрытием из нефтестойкой резины и сильфоном, образующей две не связанные между собой камеры, обеспечивающей точную посадку затвора в седло и герметичное закрытие пропускного канала для жидкости. Клапанное устройство для освоения скважины снабжено обводной трубкой для дополнительного охлаждения электродвигателя погружной установки, выводимой из насосно-компресорных труб жидкостью.

Заявляемая полезная модель относится к области нефтедобычи и может быть использована при эксплуатации скважин, оборудованных установками электроцентробежных насосов.

Известно клапанное устройство для скважины (а.с. СССР №1694863 Е21В 34/06, 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.

Данное клапанное устройство имеет следующие недостатки:

- сложную конструкцию из-за дополнительного упругого элемента, значительно осложняющего технологию изготовления и снижающего срок службы устройства;

- низкую пропускную способность, которая обусловлена равенством эффективных площадей дополнительного сильфона и затвора устройства, что сужает диапазон регулирования.

Известен регулятор отсекатель (патент РФ №2229586 Е21В 34/06, 27.05.2004), состоящий из корпуса с верхними и нижними пропускными каналами, наружными уплотнительными элементами и фиксатором, внутри которого размещен регулирующий орган в виде камеры сильфона со штоком и затвором с седлом. К основному недостатку данного устройства можно отнести то, что сильфонный элемент находится под действием высокого давления жидкости в насосно-компрессорных трубах, что снижает его надежность и долговечность.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели является клапанное устройство для насосной скважины (патент РФ №2042788 Е21В 34/06, 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 связанного с двумя затворами под седлами, подпружиненными между собой, причем камера сильфона имеет узел зарядки ее сжатым газом.

Недостатками данного устройства являются:

- сложная конструкция, усложняющая технологию изготовления и снижающая надежность и срок службы устройства;

- при работе устройства не обеспечивается точная посадка затвора в седло;

- движение перепускаемой жидкости через основное седло и перемещение затвора имеют противоположные направления, что обуславливает появление пульсации в работе устройства, снижается его надежность;

- установка пружин в корпусе устройства над основным и под дополнительным седлами, или между ними, снижает его пропускную способность и надежность;

- при работе устройства перепускаемая жидкость циркулирует только в интервале размещения клапана и насоса, поэтому электродвигатель погружной установки в это время охлаждается лишь притоком жидкости из пласта, величина которого, при определенных условиях, может быть недостаточной для его нормальной работы, вследствие чего при освоении скважины возможен перегрев электродвигателя и выход его из строя.

Задачей данной модели является упрощение конструкции устройства, повышение эффективности и надежности работы устройства при освоении скважины, оборудованной установкой электроцентробежного насоса.

Указанная задача достигается тем, что в отличии от известного клапанного устройства для насосной скважины, состоящего из корпуса с входными и выходными каналами, дополнительными радиальными каналами, упругого элемента в виде сильфона, установленного в верхней части корпуса и образующего с ним камеру, заполненную сжатым газом и оборудованную узлом зарядки, седла, размещенного в нижней части корпуса,

штока, жестко связанного верхним концом с упругим элементом, а нижним с затвором, установленным под седлом, пропускным каналом для жидкости в нижнюю камеру, оно снабжено пластиной с уплотнительным элементом, диаметр которой равен контактному диаметру затвора с седлом, жестко посаженной на штоке, и перемещающейся в полости стакана, имеющего опорный бурт в нижней части, и расположенного между затвором, с покрытием из нефтестойкой резины и сильфоном, образующей две не связанные между собой камеры, обеспечивающей точную посадку затвора в седло и герметичное закрытие пропускного канала для жидкости.

Клапанное устройство снабжено обводной трубкой для дополнительного охлаждения электродвигателя погружной установки, выводимой из насосно-компресорных труб жидкостью.

На фиг.1, 2 изображены схемы клапанного устройства в открытом и закрытом состоянии. На фиг.3 представлена схема комплектации установки электроцентробежного насоса клапанным устройством с обводной трубкой.

Клапанное устройство 1 для освоения скважины включает корпус 2 с входными 3 и выходными 4 каналами, дополнительными радиальными каналами 5, упругого элемента в виде сильфона 6, установленного в верхней части корпуса 2 и образующего с ним камеру 7, заполненную сжатым газом и оборудованную узлом зарядки 8, седло 9, размещенное в нижней части корпуса 2, шток 10, жестко связанный верхним концом с упругим элементом 6, а нижним с затвором 11, установленным под седлом 9, пропускной канал для жидкости 12 в нижнюю камеру 13. Клапанное устройство 1 снабжено пластиной 14 с уплотнительным элементом 15, диаметр которой равен контактному диаметру затвора 11 с седлом 9, жестко посаженной на штоке 10 и перемещающейся в полости стакана 16, имеющего опорный бурт 17 в нижней части, и расположенного между затвором 11, с покрытием из нефтестойкой резины и сильфоном 6, образующей две не связанные между собой камеры 18 и 19.

Клапанное устройство снабжено обводной трубкой 20, сообщающейся с

камерой 13 посредством выходных каналов 4 для дополнительного охлаждения электродвигателя погружной установки 21, выводимой из насосно-компресорных труб 22 жидкостью.

Клапанное устройство работает следующим образом:

В начальный момент времени после запуска скважины в работу приток жидкости из пласта Q_пл равен нулю, и электроцентробежный насос, работающий с производительностью Q_нас, вынужденно откачивает жидкость из затрубного пространства (Q_нас=Q _ЗП(t)). Снижение динамического уровня жидкости в скважине сопровождается уменьшением забойного давления и увеличением притока жидкости из пласта, таким образом, уже будет выполняться условие Q_нас=Q_ЗП(t)+Q _пл(t). При определенных условиях в процессе освоения скважины уровень жидкости в затрубном пространстве может оказаться у приема насоса, произойдет срыв его подачи. Для обеспечения устойчивой работы электроцентробежного насоса в процессе освоения, необходимо предотвратить возможность снижения динамического уровня жидкости в затрубном пространстве скважины, начиная с его предельного положения. При освоении скважины минимально допустимое заглубление насоса под уровень жидкости невелико и не превышает 100 м.

Перед спуском устройства 1 в скважину камера 7 заряжается на расчетное давление Р_c сжатым газом (азот). Клапанное устройство устанавливается в скважинной камере на выкиде электроцентробежного насоса. Уравнение баланса сил, действующих на клапан, имеет вид

Р_закр=p ₁·(f_з-f_пл )+p₂·(f_з-f _пл)+(p₁-p_c)·f _c

где p₁ - давление в камерах 13 и 18 устройства 1, равное давлению в затрубном пространстве скважины на уровне его установки; p₂ - давление в камере 19 устройства 1, равное давлению в насосно-компресорных трубах на уровне его установки; f_c, f _з, f_пл - эффективные площади сильфона, затвора и пластины устройства соответственно.

По мере откачки жидкости из кольцевого пространства скважины

насосом, давление p₁ в камерах 13 и 18 устройства снижается и, как следствие, уменьшается закрывающее клапан усилие Р_закр.

При снижении динамического уровня жидкости в скважине до величины предельного допустимого значения (), закрывающее клапан усилие окажется равным нулю

При равенстве диаметров пластины и затвора устройства (f_пл=f_з), уравнение баланса сил, действующих на клапан, примет вид

(p ₁-p_с)·f_c =0

Таким образом, открытие и закрытие клапанного устройства происходит только под действием изменения давления в затрубном пространстве скважины. Давление зарядки сильфона 6 при этом, определяется минимально допустимой величиной давления в кольцевом пространстве скважины на уровне установки устройства ().

При снижении давления p₁ в камере 18, сообщающейся с затрубным пространством скважины посредством дополнительных радиальных каналов 5, менее давления p_c зарядки сильфона 6 шток 10 перемещается вниз. Затвор 11 устройства, жестко соединенный со штоком 10, также перемещается вниз, открывая канал 12 для прохождения жидкости из камеры 19, сообщающейся с полостью насосно-компресорных труб посредством входных каналов 3, в камеру 13, сообщающейся посредством выходных каналов 4 с внутренней полостью обводной трубки 20. При этом пластина 14, жестко соединенная со штоком 10, перемещается вниз в полости стакана 16 до упора о бурт 17, предназначенный для ограничения хода затвора 11 и предотвращения выхода из строя устройства 1 при высоких скоростях движения перепускаемой жидкости.

Таким образом, за счет разности давлений p ₁ и p₂ в камерах 13 и 19 часть перекачиваемой насосом жидкости перепускается из полости

насосно-компресорных труб 22 через каналы 3, 11, 4 и обводную трубку 20 в полость обсадной колонны ниже погружного установки 21. Перепуск части добываемой жидкости посредством клапанного устройства 1, предотвращая дальнейшее снижение динамического уровня жидкости и дополнительно охлаждая электродвигатель, обеспечивает устойчивую и безотказную работу установки электроцентробежного насоса 21.

Интенсивно увеличивающийся во времени приток жидкости из пласта Q _пл, способствует уменьшению количества жидкости, отбираемого насосом из затрубного пространства скважины Q _ЗП. В некоторый момент времени окажется, что приток жидкости из пласта превышает производительность насоса (Q _пл>Q_нас), начинается рост уровня жидкости в кольцевом пространстве скважины. При увеличении давления p₁ в камере 18, закрывающее клапан усилие Р_закр увеличивается, и при р ₁>p_с шток 10 перемещается в верхнее положение. Затвор 11 устройства, жестко соединенный со штоком 10, также перемещается вверх. Пластина 14, жестко посаженная на штоке 10 перемещается в полости стакана 16 в верхнее положение, обеспечивая точную посадку затвора 11, имеющего покрытие из нефтестойкой резины, в седло 9 и герметичное закрытие перепускного канала 12.

Таким образом, устройство работает в автоматическом режиме, обеспечивая устойчивую и безотказную работу установки электроцентробежного насоса, за счет поддержания необходимого давления на его приеме, дополнительного охлаждения электродвигателя выводимой из насосно-компресорных труб жидкостью.

Эффективность от применения устройства для скважины, оборудованной установкой электроцентробежного насоса, достигается за счет: сокращения продолжительности освоения скважины; вывода скважины на режим работы, обеспечивающего ее потенциальный дебит; минимизации количества пусков установки; повышения межремонтного периода работы погружного оборудования.

1. Клапанное устройство для освоения скважины, состоящее из корпуса с входными и выходными каналами, дополнительными радиальными каналами, упругого элемента в виде сильфона, установленного в верхней части корпуса и образующего с ним камеру, заполненную сжатым газом и оборудованную узлом зарядки, седла, размещенного в нижней части корпуса, штока, жестко связанного верхним концом с упругим элементом, а нижним с затвором, установленным под седлом, пропускным каналом для жидкости в нижнюю камеру, отличающееся тем, что оно снабжено пластиной с уплотнительным элементом, диаметр которой равен контактному диаметру затвора с седлом, жестко посаженной на штоке и перемещающейся в полости стакана, имеющего опорный бурт в нижней части, и расположенного между затвором, с покрытием из нефтестойкой резины и сильфоном, образующей две не связанные между собой камеры, обеспечивающей точную посадку затвора в седло и герметичное закрытие пропускного канала для жидкости.

2. Клапанное устройство для освоения скважины по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено обводной трубкой для дополнительного охлаждения электродвигателя погружной установки, выводимой из насосно-компресорных труб жидкостью.