клапанное устройство для буровых скважин

Формула изобретения

Клапанное устройство для буровых скважин, оборудованных погружными насосами, содержащее корпус с входными и выходными отверстиями и уплотнительными элементами, установленные внутри корпуса сильфонную камеру, связанную со штоком с запорным органом, и седло с проходным отверстием, отличающееся тем, что шток пропущен через отверстия седла, а запорный орган расположен с противоположной по отношению к сильфонной камере стороны седла, при этом площадь кольцевого проходного сечения между седлом и штоком больше суммарной площади входных отверстий и меньше суммарной площади выходных отверстий.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для поддержания заданного динамического уровня в скважинах, оборудованных погружными насосами, а также для ускоренного вывода скважины на оптимальный режим работы после запуска насосной установки.

Известны клапанные устройства для буровых скважин, содержащие корпус с входными и выходными отверстиями и уплотнительными элементами, установленные внутри корпуса сильфонную камеру, связанную со штоком и запорным органом, и седло с проходным отверстием.

Конструкция этих устройств не позволяет использовать из для поддержания заданного динамического уровня в скважинах, оборудованных погружными насосами, и для ускоренного вывода таких скважин на оптимальный режим работы после запуска насосной установки.

Технический результат, обеспечиваемый описываемым изобретением, заключается в стабилизации заданного динамического уровня в скважинах, оборудованных погружными насосами. Для этого в клапанном устройстве, содержащем корпус с входными и выходными отверстиями и уплотнительными элементами, установленные внутри корпуса сильфонную камеру, связанную со штоком и запорным органом, и седло с проходным отверстием, шток пропущен через отверстие седла, а запорный орган расположен с противоположной по отношению к сильфонной камере стороны седла, при этом площадь S_k кольцевого проходного сечения между седлом и штоком больше суммарной площади S₁ выходных отверстий и меньше суммарной площади S₂ выходных отверстий: S₁ < S_k < S₂.

На чертеже схематически изображено в закрытом состоянии описываемое клапанное устройство в разрезе.

Оно содержит корпус 1 с входными 2 и выходными 3 отверстиями, а также с уплотнительными элементами 4. Внутри корпуса 1 расположены сильфонная камера 5, связанная со штоком 6 и запорным органом 7. Шток 6 пропущен через отверстие седла 8, в результате чего запорный орган 7 расположен с противоположной по отношению к сильфонной камере 5 стороны седла 8. Сильфонная камера 5 снабжена узлом зарядки 9. Площадь S_k кольцевого проходного сечения между седлом 8 и штоком 6 больше суммарной площади S₁ входных отверстий 2 и меньше суммарной площади S₂ выходных отверстий 3.

Клапанное устройство работает следующим образом. После зарядки сильфонной камеры 5 рабочим газом расчетного давления P_з.с. и установки клапанного устройства в скважине над погружным насосом, давление столба жидкости P_к.пр. в кольцевом пространстве скважины действует на сильфонную камеру, а давление столба жидкости P_тр в насосно-компрессорных трубах действует на запорный орган 7 штока 6. При работе насосной установки, когда ее производительность превышает скорость поступления жидкости из пласта в ствол скважины, динамический уровень в кольцевом пространстве скважины начинает снижаться, тем самым снижается давление P_к.пр., действующее на сильфонную камеру. Когда динамический уровень станет ниже расчетного, давление, действующее на сильфонную камеру 5, оказывается меньше давления зарядки (P_к.пр. < P_з.с.), и сильфонная камера растягивается, действуя через шток 6 на запорный орган 7, который открывает кольцевое проходное сечение седла 8. Жидкость из насосно-компрессорных труб через входные отверстия 2, кольцевое пространство между штоком 6 и отверстием седла 8 и через выходные отверстия 3 попадает в кольцевое пространство скважины, в результате чего падение динамического уровня прекращается и начинается его рост. Выполнение условия S₁ < S_k < S₂ позволяет после открытия кольцевого прохода данного сечения иметь в полости корпуса данного устройства давление, равное давлению в кольцевом пространстве скважины. Тем самым, исключается действие давления столба жидкости в насосно-компрессорных трубах на процесс закрытия клапанного устройства, способствуя поддержанию заданного динамического уровня в скважине. При достижении расчетной величины динамического уровня в скважине, а следовательно и давления столба жидкости на сильфонную камеру 5, эта камера сжимается и через шток 6 запорным органом 7 перекрывает проходное сечение седла 8.

При последующем снижении динамического уровня в скважине цикл повторяется. Следовательно, описанное клапанное устройство осуществляет стабилизацию динамического уровня в скважинах, оборудованных погружными насосами.

Баланс сил, действующих на сильфонную камеру 5 клапанного устройства в закрытом и открытом состоянии, описывается следующими выражениями:

P_з.с. S_эф.с. P_к.пр. [S_эф.с.-(S_к+S_шт)]+P_тр(S_к+S_шт)

(в закрытом состоянии), и

P_з.с. S_эф.с. P_к.пр.S_эф.с., отсюда P_з.с. P_к.пр.

(в открытом состоянии).

Здесь S_эф.с. эффективная площадь сильфонной камеры, S_шт - площадь поперечного сечения штока.

При использовании настоящего изобретения появляется возможность регулирования темпов отбора жидкости из скважины без смены погружного насоса при изменении приточных характеристик продуктивного пласта; кроме этого, существенно сокращаются сроки вывода скважин на оптимальный режим работы с погружными насосами и уменьшается вероятность отказа глубиннонасосного оборудования.