клапан для освоения скважины

Формула изобретения

Клапан для освоения скважин, содержащий полый корпус с муфтовым и ниппельным концами, снабженными резьбами для соединения клапана с колонной насосно-компрессорных труб и с радиальным отверстием, полый золотник с радиальным отверстием, поршень, отличающийся тем, что полый золотник размещен эксцентрично относительно корпуса и жестко зафиксирован на его наружной поверхности, при этом радиальные отверстия корпуса и золотника сообщаются между собой, причем полый золотник снабжен боковым каналом, при этом поршень жестко закреплен на нижней части штока, а верхняя часть штока оснащена наружным кольцевым выступом и герметично вставлена в регулировочную гайку с возможностью осевого перемещения относительно регулировочной гайки, при этом регулировочная гайка ввернута во внутреннюю резьбу полого золотника, выполненную на ее верхнем конце, причем поршень подпружинен от регулировочной гайки вниз, а ниже поршня в золотнике выполнена гидравлическая камера, сообщающаяся с внутренним пространством корпуса, причем под действием избыточного давления в гидравлической камере поршень имеет возможность осевого перемещения вверх и сообщения гидравлической камеры с заколонным пространством скважины через боковой канал полого золотника.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано при освоении скважин.

Известен циркуляционный клапан для освоения скважин (авторское свидетельство SU № 567806, МПК Е21В 43/00, 1977 г.), включающий полый корпус с радиальными каналами, размещенный в нем с возможностью возвратно-поступательного перемещения полый ступенчатый золотник, имеющий в верхней части большую головку (поршень), в нижней части меньшую головку, образующие кольцевую полость, и завихритель потока, выполненный в виде втулки с наклонными лопатками, жестко закрепленный в корпусе.

Недостатком такого клапана являются:

- во-первых, сложность конструкции, обусловленная наличием конструктивно сложных в изготовлении деталей (завихритель потока, ступенчатый золотник);

- во-вторых, центральный канал клапана не обеспечивает прохождение глубинных приборов (манометров) ниже клапана.

Наиболее близким по технической сущности является клапан для освоения скважин (патент RU № 2133819, МПК Е21В 34/06, опубл. 27.07.1999 г. в бюл. № 21), содержащий полый корпус с муфтовым и ниппельным концами, снабженными резьбами для соединения клапана с колонной насосно-компрессорных труб и с радиальными отверстиями и размещенный в корпусе с возможностью ограниченного осевого перемещения полый золотник с поршнем, при этом внутренняя поверхность корпуса имеет ступенчатую выемку, в которой размещен упомянутый золотник с поршнем, при этом золотник снабжен радиальными отверстиями, в крайнем нижнем положении золотника совпадающими с радиальными отверстиями корпуса, поршень золотника расположен в его средней части, а выше и ниже поршня между корпусом и золотником образованы камеры, верхняя из которых посредством радиальных отверстий сообщена с затрубным пространством, а нижняя - герметизирована.

Недостатком такого клапана являются:

- во-первых, золотник установлен в корпусе, что ограничивает геометрические размеры камеры, а это требует создания высоких давлений 5,0-6,0 МПа в затрубном пространстве скважины для срабатывания клапана;

- во-вторых, для срабатывания клапана необходимо создать в заколонном пространстве скважины гидравлическое давление, а в случае не герметичности эксплуатационной колонны скважины - создать гидравлическое давление, достаточное для срабатывания клапана, не удастся;

- в-третьих, полый золотник установлен в корпусе, что сужает проходное сечение центрального канала клапана относительно внутреннего диаметра колонны насосно-компрессорных труб, что ограничивает прохождение глубинных геофизических приборов в скважине ниже клапана;

- в-четвертых, не регулируемое давление срабатывания клапана;

- в-пятых, клапан не позволяет совмещать проведение нескольких технологических операций за один спуск колонны труб.

Техническими задачами изобретения является снижение гидравлического давления для срабатывания клапана с возможностью ее регулирования, исключение заполнения заколонного пространства скважины для срабатывания клапана с возможностью прохождения геофизических приборов через клапан исходя из внутреннего диаметра колонны насосно-компрессорных труб и совмещение нескольких технологических операций за один спуск колонны труб.

Поставленная техническая задача решается клапаном для освоения скважин, содержащим полый корпус с муфтовым и ниппельным концами, снабженными резьбами для соединения клапана с колонной насосно-компрессорных труб и с радиальным отверстием, полый золотник с радиальным отверстием, поршень.

Новым является то, что полый золотник размещен эксцентрично относительно корпуса и жестко зафиксирован на его наружной поверхности, при этом радиальные отверстия корпуса и золотника сообщаются между собой, причем полый золотник снабжен боковым каналом, при этом поршень жестко закреплен на нижней части штока, а верхняя часть штока оснащена наружным кольцевым выступом и герметично вставлена в регулировочную гайку с возможностью осевого перемещения относительно регулировочной гайки, при этом регулировочная гайка ввернута во внутреннюю резьбу полого золотника, выполненную на ее верхнем конце, причем поршень подпружинен от регулировочной гайки вниз, а ниже поршня в золотнике выполнена гидравлическая камера, сообщающаяся с внутренним пространством корпуса, причем под действием избыточного давления в гидравлической камере поршень имеет возможность осевого перемещения вверх и сообщения гидравлической камеры с заколонным пространством скважины через боковой канал полого золотника.

На чертеже схематично в продольном разрезе изображен клапан для освоения скважины.

Клапаном для освоения скважин содержит полый корпус 1 (см. чертеж) с муфтовым 2 и ниппельным 3 концами, снабженными резьбами для соединения клапана с колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) (не показано) и с радиальным отверстием 4 (см. фигуру), полый золотник 5 с радиальным отверстием 6.

Полый золотник 5 размещен эксцентрично относительно корпуса 1 и жестко зафиксирован на его наружной поверхности, например, с помощью сварного соединения. Радиальные отверстия 4 и 6 соответственно корпуса 1 и золотника 5 сообщаются между собой. Полый золотник 5 снизу снабжен боковым каналом 7, а поршень 8 жестко закреплен на нижней части штока 9.

Верхняя часть штока 9 оснащена наружным кольцевым выступом 10 и герметично вставлена в регулировочную гайку 11 с возможностью осевого перемещения относительно регулировочной гайки 11, при этом регулировочная гайка 11 ввернута во внутреннюю резьбу 12 полого золотника 5, выполненную на ее верхней части.

Наружный кольцевой выступом 10 штока 9 ограничивает осевое перемещение вниз штока 9 жестко соединенного с поршнем 8.

Поршень 8 подпружинен пружиной 13 от регулировочной гайки 11 вниз, а ниже поршня 8 в золотнике 5 выполнена гидравлическая камера 14, сообщающаяся с внутренним пространством 15 корпуса 1, причем под действием избыточного давления в гидравлической камере 14 поршень имеет возможность осевого перемещения вверх и сообщения гидравлической камеры 14 с заколонным пространством скважины через боковой канал 7.

Величиной вращения регулировочной гайки 11 в полый золотник 5 регулируется усилие сжатия пружины 13, а следовательно, изменение давления в гидравлической камере 14, которое в ней необходимо создать для срабатывания клапана (сообщения внутреннего пространства 15 корпуса 1 с заколонным пространством скважины). Например, при вворачивании регулировочной гайки 11 во внутреннюю резьбу 12 полого золотника 5 на длину 1 давление срабатывания составит 3,0 МПа, а при максимальной длине L - составит 5,0 МПа, зависит от жесткости пружины.

Несанкционированные перетоки жидкости исключаются уплотнительными кольцами (на фигуре показано условно).

Предлагаемый клапан позволяет совместить несколько технологических операций за один спуск колонны труб, например, опрессовку эксплуатационной колонны и освоение скважины заменой скважинной жидкости на более легкую, например, пенный состав по всему ствола скважины как во внутреннем пространстве колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) так и в затрубном пространстве в надпакерной зоне, проведение геофизических исследований пласта.

Клапан для освоения скважины работает следующим образом.

Клапан устанавливается на колонне НКТ на 3-5 м выше пакера (не показаны), при этом внутренний диаметр корпуса 1 соответствует внутреннему диаметру колонны НКТ, с которыми соединяются верхняя муфтовая и нижняя ниппельная части корпуса 1 клапана.

Производят спуск колонны НКТ с пакером так, чтобы пакер находился на 5-7 м выше осваиваемого пласта скважины, производят посадку пакера.

Далее с помощью насосного агрегата (не показано), например, цементировочного агрегата ЦА-320 производят заполнение заколонного пространства скважины через затрубную задвижку технологической жидкостью и осуществляют опрессовку эксплуатационной колонны скважины на требуемое давление опрессовки, например 9,0 МПа, при этом жидкость, находящаяся в заколонном пространстве надпакерной зоны, оказывает гидравлическое воздействие на поршень 8 сверху через боковой канал 7 (см. фигуру) золотника 5 и исключаются перетоки жидкости из заколонного пространства во внутреннее пространство колонны НКТ. По окончании опрессовки отсоединяют насосный агрегат от затрубной задвижки скважины.

Далее производят освоение скважины заменой скважинной жидкости на более легкую, например, на пенный состав, плотность которой в процессе закачки снижают постепенно с помощью газобустерной установки (не показано) на устье скважины. Производят закачку пенного состава по колонне НКТ в скважину и создают в колонне НКТ и, соответственно, во внутреннем пространстве 15 и гидравлической камере 14 (см. фигуру) избыточное давление, достаточное для срабатывания клапана, например, как указано выше 3,0 МПа. Избыточное давление воздействует снизу на кольцевую площадь поршня 8, при этом преодолевается прижимное усилие пружины 13 и шток 9 с поршнем 8 перемещаются вверх. Как только поршень 9 окажется выше радиального канала 7 полого золотника 5 произойдет сообщения гидравлической камеры 14 с заколонным пространством скважины через боковой канал 7 полого золотника 5. Таким образом, внутреннее пространство 15 корпуса 1 и, соответственно, колонны НКТ сообщится с заколонным пространством скважины. После этого производят полное замещение пенным составом всего объема заколонного пространства в надпакерной зоне методом прямой промывки. По окончании технологической операции по освоению скважины производят геофизические исследования.

Для этого по колонне НКТ через предлагаемый клапан спускают любой известный геофизический прибор в зависимости от цели исследования, например: в интервал пласта, спускают дебитомер и термометр и производят геофизические исследования.

Предлагаемый клапан обеспечивает прохождение через него геофизических приборов, так как его внутренний диаметр соответствует внутреннему диаметру колонны НКТ.

Предлагаемый клапан для освоения скважины в отличие от прототипа, кроме освоения скважины позволяет произвести опрессовку эксплуатационной колоны скважины, так как предлагаемый клапан не перепускает жидкость из заколонного пространства скважины во внутреннее пространство колонны НКТ.

В предлагаемом клапане для освоения скважины благодаря длине вворачивания регулировочной гайки во внутреннюю резьбу золотника возможна регулировка давления срабатывания клапана. Кроме того, исключается необходимость заполнения заколонного пространства скважины для срабатывания клапана.

Предлагаемый клапан для освоения скважины позволяет в процессе освоения и испытания скважин производить спуск (прохождение) глубинных геофизических приборов на забой скважины при проведении гидродинамических исследований, также позволяет совмещать проведение нескольких технологических операций за один спуск колонны труб, что позволяет снизить финансовые затраты.