обратный устьевой клапан нефтяной, нефтегазовой скважины

Формула изобретения

1. Обратный устьевой клапан нефтяной, нефтегазовой скважины, характеризующийся тем, что он включает полый корпус, оснащенный подводящим патрубком основного компонента - пластового флюида, преимущественно нефти, нефтегазовой смеси и подводящим патрубком сбрасываемого компонента, преимущественно затрубного газа, а также отводящим патрубком смеси основного и сбрасываемого компонентов, внутренний блок с корпусом в виде стакана с, по меньшей мере, одним отверстием или каналом в его боковой стенке для отвода затрубного газа, смонтированный в корпусе обратного клапана с возможностью омывания потоком пластового флюида внешней поверхности боковой стенки стакана, при этом обратный клапан также включает установленный во внутреннем блоке запорный орган, содержащий систему, образованную не менее чем из двух запирающих элементов, состоящих каждый из подвижной и неподвижной частей.

2. Обратный устьевой клапан по п.1, отличающийся тем, что внутренний блок установлен в корпусе обратного клапана под углом к вектору потока пластового флюида с пересечением его и с образованием при этом с внутренней поверхностью стенок корпуса обратного клапана кольцевой полости, сообщающей по пластовому флюиду подводящий и отводящий патрубки.

3. Обратный устьевой клапан по п.1, отличающийся тем, что запорный орган размещен в стакане, разделяя при этом его полость на входную перед запорным органом и рабочую за запорным органом по направлению потока газа, сообщенную с потоком пластового флюида через упомянутое отверстие или канал в боковой стенке стакана.

4. Обратный устьевой клапан по п.1, отличающийся тем, что отверстие или канал в боковой стенке стакана расположены в объемном радианном секторе угла видения упомянутой стенки из осевой точки поперечного сечения выходного устья отводящего патрубка смеси основного и сбрасываемого компонентов.

5. Обратный устьевой клапан по п.1, отличающийся тем, что запорный орган смонтирован в стакане, по меньшей мере, с контурным опиранием неподвижной части каждого из запирающих элементов на боковую стенку стакана внутреннего блока обратного клапана.

6. Обратный устьевой клапан по п.1, отличающийся тем, что подвижная часть каждого из запирающих элементов запорного органа выполнена в виде подпружиненной тарели, а неподвижная часть - в виде седла.

7. Обратный устьевой клапан по п.6, отличающийся тем, что тарели запирающих элементов запорного органа подпружинены с одинаковым усилием.

8. Обратный устьевой клапан по п.6, отличающийся тем, что, по меньшей мере, две тарели запирающих элементов запорного органа подпружинены для открывания различным избыточным давлением сбрасываемого компонента.

9. Обратный устьевой клапан по п.6, отличающийся тем, что, предпочтительно, каждая тарель снабжена с тыльной стороны пропущенным через седло стволовым направляющими элементом, внешний торец которого экспонирован на пропускное сечение подводящего патрубка сбрасываемого компонента с возможностью восприятия, передачи на тарель напора сбрасываемого компонента и открывания тарели избыточным давлением последнего.

10. Обратный устьевой клапан по п.6, отличающийся тем, что седла запирающих элементов запорного органа смонтированы автономными под каждую тарель, либо в едином блоке.

11. Обратный устьевой клапан по п.1, отличающийся тем, что запорный орган выполнен из запирающих элементов, смонтированных в виде системы, последовательно ориентированной вдоль вектора потока основного компонента с минимизированным экспонированием и гидродинамическим затенением потока основного компонента в проходном сечении клапана.

12. Обратный устьевой клапан по п.1, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью омывания стакана потоком пластового флюида в ламинарном режиме.

13. Обратный устьевой клапан по п.1, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью омывания стакана потоком пластового флюида в турбулентном режиме.

14. Обратный устьевой клапан по п.1, отличающийся тем, что его корпус выполнен теплоизолированным с внешней стороны.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и, в частности, к устройствам для обеспечения режима бесперебойной работы скважин, например, нефтяных, или нефтегазовых, или нефтегазоконденсатных и пр., характеризующихся затрубными проявлениями газа. Газ, скапливающийся в затрубном пространстве скважины, как правило, коррозионно активен и потому опасен развитием аварийной ситуации. Для предотвращения развития такой ситуации газ из затрубного пространства периодически стравливают - сбрасывают в автоматическом или управляемом режиме.

Однако устройства для стравливания газа оказываются, зачастую, неработоспособными из-за недоучета особенностей, имеющих место при стравливании газа - опасности образования кристаллогидратов этого газа непосредственно в устройстве для эксплуатации, а также влияния отрицательных температур на устье скважины.

Известно устройство для эксплуатации скважины, включающее выкидную линию для потока добываемого пластового флюида, размещенную на устье скважины, патрубок для подвода газа из заколонного пространства скважины, перекрытый обратным клапаном, который установлен под углом к корпусу и связан с последним, при этом обратный клапан имеет возможность стравливания газа в выкидную линию и вытеснения из него пластового флюида до его замерзания в выкидной линии (SU 1348504, 03.02.1986).

Недостатком известного устройства является его низкая эксплуатационная надежность, обусловленная тем, что известное устройство обеспечивает режим тотального вытеснения теплого пластового флюида из выкидной линии скважинным газом, который имеет низкую теплоемкость. Выкидная линия в среде газа с низкой теплоемкостью практически сразу приобретает температуру окружающей среды на устье скважины. Газ, будучи практически всегда влажным, создает все условия для примерзания запорного элемента обратного клапана к его седлу. Кроме того, в условиях неконтролируемого стравливания газа в условиях влажности, низкой температуры и перепада давления на клапане создаются условия образования кристаллогидратов. В итоге, клапан в таких условиях по той и/или иной причине, описанных выше, оказывается неработоспособным.

Известна нефтедобывающая скважина с устьевым оборудованием, в состав которого входит в том числе клапан, предназначенный для регулирования потока затрубного газа и выполненный из седла и подпружиненного под седло клапана, установленного с возможностью отключения его от работы посредством прижимного винта (RU 2309240 С1, 09.03.2006).

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности работы обратного устьевого клапана для безопасной эксплуатации нефтяной, нефтегазовой скважины независимо от внешних условий на устье скважины и тем самым обеспечение бесперебойной работы скважины в целом.

Поставленная задача решается за счет того, что обратный устьевой клапан нефтяной, нефтегазовой скважины, согласно изобретению, включает полый корпус, оснащенный подводящим патрубком основного компонента - пластового флюида, преимущественно, нефти, нефтегазовой смеси и подводящим патрубком сбрасываемого компонента, преимущественно затрубного газа, а также отводящим патрубком смеси основного и сбрасываемого компонентов, внутренний блок с корпусом в виде стакана с, по меньшей мере, одним отверстием или каналом в его боковой стенке для отвода затрубного газа, смонтированный в корпусе обратного клапана с возможностью омывания потоком пластового флюида внешней поверхности боковой стенки стакана, при этом обратный клапан также включает установленный во внутреннем блоке запорный орган, содержащий систему, образованную не менее чем из двух запирающих элементов, состоящих каждый из подвижной и неподвижной частей.

При этом внутренний блок может быть установлен в корпусе обратного клапана под углом к вектору потока пластового флюида с пересечением его и с образованием при этом с внутренней поверхностью стенок корпуса обратного клапана кольцевой полости, сообщающей по пластовому флюиду подводящий и отводящий патрубки.

Запорный орган может быть размещен в стакане, разделяя при этом его полость на входную перед запорным органом и рабочую за запорным органом по направлению потока газа, сообщенную с потоком пластового флюида через упомянутое отверстие или канал в боковой стенке стакана.

Отверстие или канал в боковой стенке стакана могут быть расположены в объемном радианном секторе угла видения упомянутой стенки из осевой точки поперечного сечения выходного устья отводящего патрубка смеси основного и сбрасываемого компонентов.

Запорный орган может быть смонтирован в стакане, по меньшей мере, с контурным опиранием неподвижной части каждого из запирающих элементов на боковую стенку стакана внутреннего блока обратного клапана.

Подвижная часть каждого из запирающих элементов запорного органа может быть выполнена в виде подпружиненной тарели, а неподвижная часть - в виде седла.

Тарели запирающих элементов запорного органа могут быть подпружинены с одинаковым усилием.

По меньшей мере, две тарели запирающих элементов запорного органа могут быть подпружинены для открывания различным избыточным давлением сбрасываемого компонента.

Предпочтительно, каждая тарель может быть снабжена с тыльной стороны пропущенным через седло стволовым направляющим элементом, внешний торец которого экспонирован на пропускное сечение подводящего патрубка сбрасываемого компонента с возможностью восприятия, передачи на тарель напора сбрасываемого компонента и открывания тарели избыточным давлением последнего.

Седла запирающих элементов запорного органа могут быть смонтированы автономными под каждую тарель, либо в едином блоке.

Запорный орган может быть выполнен из запирающих элементов, смонтированных в виде системы, последовательно ориентированной вдоль вектора потока основного компонента с минимизированным экспонированием и гидродинамическим затенением потока основного компонента в проходном сечении клапана.

Обратный устьевой клапан может быть выполнен с возможностью омывания стакана потоком пластового флюида в ламинарном режиме.

Обратный устьевой клапан может быть выполнен с возможностью омывания стакана потоком пластового флюида в турбулентном режиме.

Корпус обратного клапана может быть выполнен теплоизолированным с внешней стороны.

Технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью признаков, состоит в обеспечении бесперебойной работы нефтяной, нефтегазовой скважины за счет повышения надежности работы обратного клапана, входящего в устьевое оборудование скважины и выполненного с возможностью омывания стакана внутреннего блока обратного клапана теплым пластовым флюидом, в частности нефтью, газоконденсатом, практически по всему периметру в течение всего времени эксплуатации и обеспечение выхода сбрасываемого затрубного газа в поток пластового флюида в том же направлении течения, что и пластовый флюид, обеспечение режима «мягкого» смешивания этого газа с пластовым флюидом и «отрыв» газа от стакана практически после омывания пластовым флюидом внешней поверхности боковой стенки стакана, что создает оптимальный тепловой режим в зоне обратного клапана при любых неблагоприятных внешних условиях в зоне устья скважины. При таком выполнении устройства последнее работает в режиме постоянной более интенсивной аккумуляции теплоты от текущего через обратный клапан теплого пластового флюида, имеющего более высокую теплоемкость, чем смесь пластового флюида и затрубного газа. При этом сам режим стравливания газа предусмотрен таким, что он предотвращает образование кристаллогидратов в обратном клапане. Это обеспечено также найденным в изобретении конструктивным решением запорного органа, содержащего систему, образованную не менее чем из двух запирающих элементов, каналов для пластового флюида и затрубного газа и подпружинивания тарелей как с одинаковым усилием, так и открывания их различным избыточным давлением сбрасываемого компонента, определяющими режим подачи газа в обратный клапан и оптимальный температурный режим в нем. При этом, для оптимизации работы устройства, контролируют давление газа в затрубном пространстве и давление в потоке пластового флюида, не допуская аварийно высоких значений давления в затрубном пространстве.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 изображен обратный клапан, продольный разрез;

на фиг.2 - то же, вариант исполнения;

на фиг.3 - то же, вариант исполнения.

Обратный устьевой клапан 1 нефтяной, нефтегазовой скважины включает полый корпус 2, оснащенный подводящим патрубком 3 основного компонента - пластового флюида, преимущественно, газового конденсата, смеси газа с газовым конденсатом и подводящим патрубком 4 сбрасываемого компонента, преимущественно, затрубного газа, а также отводящим патрубком 5 смеси основного и сбрасываемого компонентов, внутренний блок 6 с корпусом в виде стакана 7 с, по меньшей мере, одним отверстием 8 или каналом в его боковой стенке 9 для отвода затрубного газа, смонтированный в корпусе 2 обратного клапана с возможностью омывания потоком пластового флюида внешней поверхности 10 боковой стенки 9 стакана 7.

Обратный клапан также включает установленный во внутреннем блоке 6 запорный орган 11, содержащий систему, образованную не менее чем из двух запирающих элементов 12, состоящих каждый из подвижной части, выполненной в виде подпружиненной тарели 13, и неподвижной части - в виде седла 14.

Внутренний блок 6 установлен в корпусе 2 обратного клапана под углом к вектору потока пластового флюида с пересечением его и с образованием при этом с внутренней поверхностью стенок корпуса 2 обратного клапана кольцевой полости 15, сообщающей по пластовому флюиду подводящий и отводящий патрубки соответственно 3 и 5.

Запорный орган 11 размещен в стакане 7, разделяя при этом его полость на входную полость 16 перед запорным органом и рабочую полость 17 за запорным органом по направлению потока газа, сообщенную с потоком пластового флюида через упомянутое отверстие 8 или канал в боковой стенке 9 стакана 7.

Отверстие 8 или канал в боковой стенке 9 стакана 7 расположены в объемном радианном секторе угла видения упомянутой стенки из осевой точки поперечного сечения выходного устья отводящего патрубка 5 смеси основного и сбрасываемого компонентов.

Запорный орган 11 смонтирован в стакане 7, по меньшей мере, с контурным опиранием неподвижной части - седла 14 каждого из запирающих элементов 12 на боковую стенку 9 стакана 7 внутреннего блока 6 обратного клапана.

Тарели 13 запирающих элементов 12 запорного органа 11 подпружинены с одинаковым усилием.

По меньшей мере, две тарели 13 запирающих элементов 12 запорного органа подпружинены для открывания различным избыточным давлением сбрасываемого компонента.

Каждая тарель 13 снабжена с тыльной стороны пропущенным через седло 14 стволовым направляющим элементом 18, внешний торец которого экспонирован на пропускное сечение подводящего патрубка 4 сбрасываемого компонента с возможностью восприятия, передачи на тарель 13 напора сбрасываемого компонента и открывания тарели избыточным давлением последнего.

Стакан 7 обратного клапана с запорным органом 11 выполнен съемным с возможностью его замены, при этом фиксирование стакана 7 в корпусе 2 обратного клапана происходит с помощью, например, гайки или болта 19 и штифта 20. Позициями 21-24 показаны герметизирующие уплотнения обратного клапана. Такая система фиксации обеспечивает возможность замены с минимальными затратами времени.

Седла 14 запирающих элементов 12 запорного органа 11 смонтированы автономными под каждую тарель 13, либо в едином блоке.

Запорный орган 11 выполнен из запирающих элементов 12, смонтированных в виде системы, последовательно ориентированной вдоль вектора потока основного компонента с минимизированным экспонированием и гидродинамическим затенением потока основного компонента в проходном сечении клапана.

Обратный устьевой клапан выполнен с возможностью омывания стакана 7 потоком пластового флюида в ламинарном режиме.

Обратный устьевой клапан выполнен с возможностью омывания стакана 7 потоком пластового флюида также и в турбулентном режиме.

Корпус 2 обратного клапана выполнен теплоизолированным с внешней стороны.

Обратный клапан работает следующим образом.

При штатном режиме работы скважины поток пластовой жидкости проходит через кольцевую полость 15 корпуса 2 обратного клапана, омывая при этом внешнюю поверхность 10 боковой стенки 9 стакана 7 внутреннего блока 6, служащего непосредственно для стравливания газа из затрубного пространства скважины, и обогревая его и тем самым аккумулируя тепло пластового флюида. Часть пластового флюида через отверстие 8 стакана 7 заходит в его рабочую полость 17, омывает и тем самым обогревает внутреннюю поверхность боковой стенки 9 стакана 7, седла 14, тарели 13 и уплотнение 21, обеспечивая, таким образом, требуемую температуру конструкции.

При превышении давления газа в затрубном пространстве скважины над давлением потока пластового флюида на 0,02-0,05 МПа, в каждом запирающем элементе тарель 13 под действием потока затрубного газа смещается, отрываясь от седла 14. Поток газа через щель между тарелью 13 и седлом 14 сбрасывается в рабочую полость 17 стакана 7 и через отверстие 8 сбрасывается внутрь корпуса 2 обратного клапана и смешивается с потоком пластового флюида в направлении его течения. Конструкция устройства обеспечивает возможность «мягкого» смешивания стравливаемого газа с пластовым флюидом и «отрыв» газа от обратного клапана потоком пластового флюида, что создает оптимальный тепловой режим в зоне обратного клапана независимо от внешних условий на устье скважины. При снижении давления затрубного газа внутри клапана тарель 13 под действием пружины 25 сжатия возвращается в седло 14, перекрывая поток затрубного газа.

При контакте влажного газа с поверхностями обратного клапана и внутренней поверхностью боковой стенки 9 стакана 7 неизбежно оседание на них конденсата с пониженной температурой. Однако влияние его на работоспособность устройства незначительно ввиду предварительного запаса тепла массой устройства и последующим быстрым прогревом устройства по внешней и внутренней поверхностям боковой стенки 9 стакана 7 и самого обратного клапана, в его закрытом положении, теплым потоком пластового флюида.

Использование изобретения позволяет увеличить срок службы устройства и эксплуатации скважины в целом в безаварийном режиме в суровых климатических условиях.