RU2483195C1

RU2483195C1 - Circulating valve

Info

Publication number: RU2483195C1
Application number: RU2011149866/03A
Authority: RU
Inventors: Сергей Борисович Бекетов
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Газтехнология"
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2013-05-27

Abstract

FIELD: oil and gas industry.SUBSTANCE: valve consists of a detachable housing with a seat on its end face, a spring-loaded end valve, and an annular piston with a spool valve. In addition, the valve is equipped with a hydraulic cylinder with an annular piston provided with a cup and a bottom, in which a shutter is installed so that an annular gap with a shaft passed through an axial channel of the detachable housing can be formed. The annular gap is connected via a drain channel in the bottom body to the well cavity. The cavity of the hydraulic cylinder under the annular piston is connected via channel to the axial channel of the shaft. End valve is installed on the seat made on inside surface of upper part of the detachable housing. A spool valve is provided with an expanding cone with a longitudinal slot on outside surface and is installed so that it can interact with the cup of the annular piston of the hydraulic cylinder. At that, the annular chamber above the annular piston is hydraulically connected through a radial hole to the axial channel of the shaft, and through a hole in the body of the detachable housing under the end valve to intertube space of the well above the device installation place.EFFECT: possibility of forming hydrodynamic connection between intertube space and axial channel of a production tubing string after formation fluid supply via the production tubing string to the well head is completed.6 dwg

Description

Изобретение относится к нефтяной промышленности и предназначено для промывки скважины от парафиноотложений, преимущественно в осевом канале лифтовой колонны труб.The invention relates to the oil industry and is intended for flushing wells from paraffin deposits, mainly in the axial channel of the pipe tubing string.

Известен циркуляционный клапан (I) (см. Ю.В.Зайцев, Р.А.Максутов, О.В.Чубанов и др. Справочное пособие по газлифтному способу эксплуатации скважин. - М., Недра, 1984 г., с.85-91).The circulation valve (I) is known (see Yu.V. Zaitsev, R. A. Maksutov, O. V. Chubanov, and others. Reference manual on the gas-lift method of operating wells. - M., Nedra, 1984, p. 85 -91).

Клапан циркуляционный состоит из корпуса, в осевом канале которого установлена гильза с перепускными отверстиями и двумя расточками для плашек толкателя управляемого инструмента. Гильза герметизирована уплотнениями и фиксируется в двух положениях. Открытие и закрытие клапана - за счет перемещения гильзы до совпадения ее перепускных отверстий с отверстиями в корпусе. Для установки и эксплуатации циркуляционного клапана его устанавливают в составе лифтовой клоны труб над пакером.The circulation valve consists of a body, in the axial channel of which there is a sleeve with bypass holes and two bores for the rams of the pusher of the controlled tool. The sleeve is sealed with seals and fixed in two positions. Opening and closing the valve - by moving the sleeve until its bypass holes coincide with the holes in the body. For installation and operation of the circulation valve, it is installed as part of the elevator pipe clones above the packer.

Недостатки конструкции:Design disadvantages:

- необходимость включения в состав компоновки дополнительно пакера для обеспечения перекрытия межтрубного пространства под циркуляционным клапаном;- the need to include an additional packer in the composition of the layout to ensure overlap of the annular space under the circulation valve;

- усложнение технологии по оснащению скважины лифтовой колонной, в которую введен пакер, что требует проведения специальных операций по его посадке и извлечению;- the complication of the technology for equipping the well with an elevator column, into which the packer is introduced, which requires special operations for its landing and extraction;

- для управления циркуляционным клапаном необходимо применение специальной тросовой техники с затратами рабочего времени на ее управление.- to control the circulation valve, it is necessary to use special cable technology with the cost of working time for its control.

Известна конструкция циркуляционного клапана (II) (см. «Строительство газовых и газоконденсатных скважин». Сб. научных трудов ВНИИГАЗ, Москва, 1997 г., с.18-21).The known design of the circulation valve (II) (see. "Construction of gas and gas condensate wells." Sat collection of scientific papers VNIIGAZ, Moscow, 1997, p. 18-21).

Клапан состоит из ствола, связанного с лифтовой колонной труб. Корпус охватывает ствол с образованием кольцевой камеры, связанной циркуляционными отверстиями с осевым каналом ствола, оснащенного кольцевым поршнем, образующим подвижное соединение с корпусом. Кольцевая камера снизу перекрыта ввертышем и содержит упорную втулку. В теле корпуса выполнены циркуляционные отверстия на уровне расположения втулки.The valve consists of a barrel connected to an elevator pipe string. The housing covers the barrel with the formation of an annular chamber connected by circulation openings with the axial channel of the barrel, equipped with an annular piston forming a movable connection with the housing. The annular chamber below is closed by a screwdriver and contains a thrust sleeve. Circulation openings are made in the body of the housing at the level of the location of the sleeve.

Корпус поджат к кольцевому поршню на стволе за счет усилия пружины.The housing is pressed against the annular piston on the barrel due to the force of the spring.

При подаче под давлением рабочей жидкости в межтрубное пространство корпус перемещается вверх относительно ствола с расположением циркуляционных отверстий в корпусе на уровне расположения циркуляционных отверстий ствола.When the fluid is supplied under pressure into the annulus, the body moves upward relative to the barrel with the location of the circulation openings in the body at the level of the location of the circulation openings of the barrel.

Пружина на внешней стороне ствола сжата.The spring on the outside of the barrel is compressed.

После сброса давления усилием сжатой пружины корпус возвращается в исходное положение с прекращением гидравлической связи межтрубного пространства с осевым каналом труб лифтовой колонны.After depressurization by the force of a compressed spring, the housing returns to its original position with the termination of the hydraulic connection between the annulus and the axial pipe channel of the elevator string.

При избыточном давлении внутри осевого канала труб лифтовой колонны клапан закрыт.With excessive pressure inside the axial channel of the pipes of the elevator column, the valve is closed.

К недостаткам конструкции следует отнести:The disadvantages of the design include:

- при установке устройства в составе лифтовой колонны труб на скважинах, эксплуатируемых штанговыми насосами, где имеют место отложения парафина на внутренней поверхности труб лифтовой колоны, существует необходимость его удаления. Технология удаления заключается в подаче по межтрубному пространству через циркуляционный клапан нагретой рабочей жидкости. Перепад давления, при котором произойдет открытие клапана, зависит от глубины установки и усилия пружины;- when installing the device in the tubing string in wells operated by sucker rod pumps, where paraffin deposits occur on the inner surface of the tubing string pipes, there is a need to remove it. The removal technology consists in the supply of heated working fluid through the annular space through the circulation valve. The pressure drop at which the valve opens will depend on the installation depth and spring force;

- подача горячей жидкости по межтрубному пространству ниже места расположения клапана приводит к нежелательному нагреву обсадной колонны и крепи скважины.- the supply of hot fluid through the annular space below the location of the valve leads to undesirable heating of the casing and lining of the well.

Известна конструкция циркуляционного клапана (III) (см. пат. РФ №2211015, М кл. 7 Е21В 34/06, опубл. 10.09.2003 г., бюл. №25), принятая авторами за прототип.The known design of the circulation valve (III) (see US Pat. RF No. 2211015, M CL. 7 EV 34/06, publ. 09/10/2003, bull. No. 25), adopted by the authors for the prototype.

Циркуляционный клапан состоит из разъемного корпуса, в ступенчатом осевом канале которого установлен подпружиненный ступенчатый золотник, опирающийся на седло в днище разъемного корпуса. Между разъемным корпусом и телом ступенчатого золотника образована кольцевая камера, в которой расположен ступенчатый кольцевой поршень, жестко связанный с золотником. Кольцевая камера гидравлически связана дроссельным каналом с осевым каналом в теле разъемного корпуса, выполненными в месте сопряжения верхней и нижней частей. Верхний торец нижней части разъемного корпуса снабжен седлом для торцового клапана, охватывающего верхнюю часть разъемного корпуса. Ход торцового клапана ограничен стопорным кольцом.The circulation valve consists of a split housing, in the stepped axial channel of which a spring-loaded stepped spool is installed, resting on a seat in the bottom of the split housing. An annular chamber is formed between the detachable body and the body of the stepped spool, in which there is a stepped annular piston rigidly connected to the spool. The annular chamber is hydraulically connected by the throttle channel to the axial channel in the body of the detachable housing, made at the interface between the upper and lower parts. The upper end of the lower part of the split housing is provided with a seat for the mechanical valve covering the upper part of the split housing. The stroke of the mechanical valve is limited by a lock ring.

Работа циркуляционного клапанаCirculation valve operation

Диаметр дроссельного канала подобран исходя из свободного пропуска через него рабочего агента при расчетном перепаде давления. При его превышении происходит отрыв ступенчатого золотника вместе с кольцевым поршнем от седла и перемещение его вверх до контакта кольцевого поршня с торцом разъемного корпуса и герметизацией кольцевой камеры от межтрубного пространства.The diameter of the throttle channel is selected based on the free passage of the working agent through it at the calculated pressure drop. When it is exceeded, the stepped spool is torn off together with the annular piston from the seat and moved upward until the annular piston contacts the end of the split housing and the annular chamber is sealed from the annulus.

Тем самым прекращается гидравлическая связь полости лифтовой колонны труб с межтрубным пространством скважины.Thereby, the hydraulic connection of the cavity of the tubing string with the annulus of the well is terminated.

Избыточное давление воспринимается всей площадью ступенчатого кольцевого поршня, поскольку он имеет снизу больший диаметр, чем сверху, что способствует изоляции межтрубного пространства от полости лифтовой колоны труб и подаче рабочего агента далее к башмаку. Торцовый клапан избыточным давлением газа в затрубном пространстве поджимается к седлу на торце разъемного корпуса, что исключает поступление газа через циркуляционный клапан в лифтовую колон труб.Excessive pressure is perceived by the entire area of the stepped annular piston, since it has a larger diameter from below than from above, which helps to isolate the annular space from the cavity of the pipe tubing and supply the working agent further to the shoe. The end valve is pressurized by excess gas pressure in the annulus to the seat at the end of the split housing, which eliminates the flow of gas through the circulation valve into the pipe riser.

Недостаток конструкции:Design disadvantage:

- устройство включается в состав труб лифтовой колонны труб и устанавливается на заданной глубине. В случае применения устройства для оснащения нефтяных скважин, эксплуатируемых штанговыми насосами, имеет место условие, когда возможно несанкционированное образование гидродинамической связи осевого канала лифтовой колоны с межтрубным пространством, при воздействии гидростатического давления в осевом канале лифтовой колонны труб, над местом установки циркуляционного клапана.- the device is included in the pipes of the pipe pipe string and is installed at a given depth. In the case of using a device for equipping oil wells operated by rod pumps, there is a condition where it is possible that hydrodynamic coupling of the axial channel of the elevator column with the annulus is possible under the influence of hydrostatic pressure in the axial channel of the elevator pipe string above the installation location of the circulation valve.

Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого изобретения:The technical result that can be obtained by implementing the invention:

- возможность перекрытия межтрубного пространства скважины пакерующим уплотнительным элементом после установки в скважине в составе лифтовой колонны труб;- the possibility of overlapping the annular space of the well with a packer sealing element after installation in the well as part of the tubing string;

- возможность образования гидродинамической связи между межтрубным пространством и осевым каналом лифтовой колонны труб после осуществления подачи пластовой жидкости по лифтовой колонне труб на устье скважины;- the possibility of the formation of a hydrodynamic connection between the annulus and the axial channel of the tubing string after supplying formation fluid through the tubing string to the wellhead;

- возможность подачи горячей рабочей жидкости из межтрубного пространства в осевой канал лифтовой колонны труб при сохранении работы штангового насоса.- the ability to supply hot working fluid from the annular space into the axial channel of the pipe tubing string while maintaining the operation of the sucker rod pump.

Технический результат достигается тем, что устройство снабжено разъемным корпусом с седлом на торце, торцовым клапаном, подпружиненным кольцевым поршнем с золотником. Устройство снабжено манжетой и днищем, в котором установлена шторка, с возможностью образования кольцевого зазора со стволом в осевом канале разъемного корпуса, который связан дренажным каналом в теле днища с полостью скважины. Полость гидравлического цилиндра под кольцевым поршнем связана каналом с осевым каналом ствола. Торцовый клапан установлен на седле в разъемном корпусе, золотник снабжен разжимным конусом с продольным пазом на наружной поверхности и установлен с возможностью взаимодействия с манжетой кольцевого поршня гидроцилиндра, кольцевая камера над кольцевым поршнем связана радиальным отверстием с осевым каналом ствола, а отверстием в теле разъемного корпуса под торцовым клапаном - с межтрубным пространством скважины над устройством.The technical result is achieved by the fact that the device is equipped with a detachable body with a saddle at the end, an end valve, a spring-loaded annular piston with a spool. The device is equipped with a cuff and a bottom, in which the shutter is installed, with the possibility of forming an annular gap with the barrel in the axial channel of the detachable body, which is connected by a drainage channel in the body of the bottom to the well cavity. The cavity of the hydraulic cylinder under the annular piston is connected by a channel with the axial channel of the barrel. The end valve is mounted on the seat in a detachable case, the spool is equipped with a expanding cone with a longitudinal groove on the outer surface and is mounted to interact with the cuff of the annular piston of the hydraulic cylinder, the annular chamber above the annular piston is connected by a radial hole to the axial bore of the barrel, and the hole in the body of the detachable case under end valve - with the annular space of the borehole above the device.

Конструкция циркуляционного клапана поясняется чертежами, где:The design of the circulation valve is illustrated by drawings, where:

- на фиг.1 изображена конструкция устройства в разрезе в положении спуска в скважину в составе лифтовой колонны труб;- figure 1 shows the design of the device in the context in the position of descent into the well as part of the tubing string;

- на фиг.2 - взаимное положение деталей устройства в положении перекрытия межтрубного пространства уплотнительным элементом при воздействии гидростатического давления;- figure 2 - the relative position of the parts of the device in the position of the overlap of the annular space of the sealing element when exposed to hydrostatic pressure;

- на фиг.3 - взаимное положение деталей устройства при подаче горячей рабочей жидкости в межтрубное пространство с выходом в осевой канал лифтовой колонны труб для удаления парафиноотложений.- figure 3 - the relative position of the parts of the device when a hot working fluid is supplied into the annular space with the exit to the axial channel of the tubing string to remove paraffin deposits.

Циркуляционный клапан состоит из ствола 1, входящего в состав лифтовой колонны труб. На стволе 1 установлен корпус 2, перекрытый в верхней части пробкой 3, с посадочным седлом 4. В кольцевой камере 5 между корпусом 2 и стволом 1 установлен клапан 6 с опорой на посадочное седло 4. Ниже установлен кольцевой поршень 7, связанный с толкателем 8, снабженным разжимным конусом 9, на наружной поверхности которого выполнен продольный паз 10. Кольцевой поршень 7 опирается на пружину 11. Кольцевая камера 5 постоянно гидравлически связана радиальным отверстием 12 в стволе 1 с его осевым каналом 13 и отверстиями 14 в теле корпуса 2 над клапаном 6 - с межтрубным пространством скважины.The circulation valve consists of a barrel 1, which is part of the tubing string. A barrel 2 is installed on the barrel 1, which is blocked in the upper part by a plug 3, with a seating seat 4. In the annular chamber 5, a valve 6 is mounted between the housing 2 and the barrel 1 and is supported by the landing saddle 4. An annular piston 7 is connected below, connected to the pusher 8, equipped with an expanding cone 9, on the outer surface of which a longitudinal groove is made 10. The annular piston 7 is supported by a spring 11. The annular chamber 5 is constantly hydraulically connected by a radial hole 12 in the barrel 1 with its axial channel 13 and holes 14 in the body of the body 2 above the valve 6 - with between rubnym space well.

Ниже места расположения разжимного конуса 9 на стволе 1 закреплен гидроцилиндр 15, в котором установлен поршень 16 с манжетой 17, охватывающий гильзу 18, жестко связанную с днищем гидроцилиндра 15 и образующую со стволом 1 кольцевой зазор 19, который постоянно гидравлически связан дренажным каналом 20 с полостью скважины. Кольцевая камера 21 под поршнем 16 постоянно гидравлически связана каналом 22 и отверстием 23 с осевым каналом 13 ствола 1.Below the location of the expanding cone 9, a hydraulic cylinder 15 is fixed on the barrel 1, in which a piston 16 with a sleeve 17 is mounted, covering the sleeve 18, rigidly connected to the bottom of the hydraulic cylinder 15 and forming an annular gap 19 with the barrel 1, which is constantly hydraulically connected by the drainage channel 20 to the cavity wells. The annular chamber 21 under the piston 16 is constantly hydraulically connected by the channel 22 and the hole 23 with the axial channel 13 of the barrel 1.

На наружной поверхности разжимного конуса 9 выполнен желоб 24 для обеспечения гидравлической связи межтрубного пространства над манжетой 17 с полостью скважины ниже места установки циркуляционного клапана.A groove 24 is made on the outer surface of the expanding cone 9 to provide hydraulic connection between the annulus above the cuff 17 and the well cavity below the installation location of the circulation valve.

Положение гидроцилиндра 15 на стволе 1 зафиксировано стопорным кольцом 25. Для подсоединения лифтовой колонны труб на нижнем конце ствола 1 установлена присоединительная муфта 26.The position of the hydraulic cylinder 15 on the barrel 1 is fixed by the circlip 25. To connect the tubing string at the lower end of the barrel 1, a coupling sleeve 26 is installed.

Устройство в сборе устанавливается в составе лифтовой колонны труб и спускается на заданную глубину, под уровень расположения смолопарафиноотложений в колонне труб.The assembled device is installed as part of the pipe tubing and descends to a predetermined depth, under the level of resin-paraffin deposits in the pipe string.

Скважина оснащается штанговым насосом, при работе которого происходит подъем пластовой жидкости в осевом канале лифтовой колонны и снижение уровня в межтрубном пространстве скважины.The well is equipped with a sucker rod pump, during the operation of which the formation fluid rises in the axial channel of the elevator string and the level decreases in the annulus of the well.

При этом на клапан 6 в кольцевой камере 5 через радиальное отверстие 12 передается гидростатическое давление столба жидкости, существующее в осевом канале труб лифтовой колонны и ствола 1.In this case, the hydrostatic pressure of the liquid column existing in the axial channel of the pipes of the elevator column and barrel 1 is transmitted to the valve 6 in the annular chamber 5 through the radial hole 12.

Одновременно это давление действует на площадь поперечного сечения кольцевого поршня 7, что приводит к его перемещению вниз и вводу разжимного конуса 9 толкателя 8 в контакт с манжетой 17 в гидроцилиндре 15.At the same time, this pressure acts on the cross-sectional area of the annular piston 7, which leads to its movement down and the introduction of the expanding cone 9 of the pusher 8 into contact with the cuff 17 in the hydraulic cylinder 15.

Манжета 17 жестко связана с поршнем 16, кольцевая камера 21 под которым постоянно гидравлически связана дренажным каналом 22 с осевым каналом 13 ствола 1. Это способствует перемещению поршня 16 с манжетой 17 в сторону разжимного конуса 9 и ее деформации к стенке трубы обсадной колонны с перекрытием кольцевого зазора меду ней и лифтовой колонной труб.The cuff 17 is rigidly connected with the piston 16, the annular chamber 21 under which is constantly hydraulically connected by the drainage channel 22 with the axial channel 13 of the barrel 1. This contributes to the movement of the piston 16 with the cuff 17 towards the expanding cone 9 and its deformation to the wall of the casing pipe with overlapping of the annular the clearance of the honey and the lift pipe string.

В этом положении ведется эксплуатация скважины. При необходимости проведения работ по удалению смолопарафиноотложений на внутренней поверхности труб лифтовой колонны осуществляют подачу под избыточным давлением горячего флюида в межтрубное пространство скважины с его подачей через отверстия 14 в теле корпуса 2. Клапан 6 перемещается вниз с расположением ниже радиальных отверстий 12 в стволе 1, что позволяет подавать горячий флюид в осевой канал 13 ствола 1. После выполнения этой операции по удалению смолопарафиноотложений прекращают подачу под давлением горячего флюида и скважину запускают в работу. Флюид, который находится в межтрубном пространстве, по продольному пазу 10 и желобу 24 в разжимном конусе 9 перетекает в кольцевой зазор 19 между гильзой 18 и стволом 1, откуда через дренажный канал 20 подается в межтрубное пространство скважины под циркуляционным клапаном, освобождая полость скважины над ним для подачи попутного газа, который выделяется из нефти, в процессе работы штангового насоса и может свободно мигрировать в полость скважины над циркуляционным клапаном.In this position, the well is being operated. If it is necessary to carry out the removal of resin-paraffin deposits on the inner surface of the pipes of the elevator string, hot fluid is supplied under pressure to the annulus of the well with its supply through holes 14 in the body of the body 2. Valve 6 moves downward with an arrangement below radial holes 12 in the barrel 1, which allows you to feed hot fluid into the axial channel 13 of the barrel 1. After performing this operation to remove tar and paraffin deposits, the flow of hot fluid under pressure is stopped and the well is started they skip to work. The fluid, which is located in the annulus, along the longitudinal groove 10 and the groove 24 in the expanding cone 9 flows into the annular gap 19 between the sleeve 18 and the barrel 1, from where it is supplied through the drainage channel 20 to the annulus of the well under the circulation valve, freeing the well cavity above it to supply associated gas that is released from the oil during the operation of the sucker rod pump and can freely migrate into the well cavity above the circulation valve.

Claims

Циркуляционный клапан, содержащий разъемный корпус с седлом на торце, подпружиненный торцовый клапан, кольцевой поршень с золотником, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен гидравлическим цилиндром с кольцевым поршнем, снабженным манжетой и днищем, в котором установлена шторка, с возможностью образования кольцевого зазора со стволом, пропущенным через осевой канал разъемного корпуса, кольцевой зазор связан дренажным каналом в теле днища с полостью скважины; полость гидравлического цилиндра под кольцевым поршнем связана каналом с осевым каналом ствола, торцовый клапан установлен на седле, выполненном на внутренней поверхности верхней части разъемного корпуса, золотник снабжен разжимным конусом с продольным пазом на наружной поверхности и установлен с возможностью взаимодействия с манжетой кольцевого поршня гидроцилиндра, причем кольцевая камера над кольцевым поршнем гидравлически связана радиальным отверстием с осевым каналом ствола, а отверстием в теле разъемного корпуса под торцовым клапаном - с межтрубным пространством скважины над местом установки устройства. A circulation valve comprising a detachable body with a seat on the end, a spring-loaded end valve, an annular piston with a spool, characterized in that it is additionally equipped with a hydraulic cylinder with an annular piston, equipped with a cuff and a bottom in which the shutter is installed, with the possibility of forming an annular gap with the barrel passed through the axial channel of the detachable body, the annular gap is connected by a drainage channel in the bottom body to the well cavity; the cavity of the hydraulic cylinder under the annular piston is connected by a channel with the axial bore of the barrel, the end valve is mounted on a seat made on the inner surface of the upper part of the detachable body, the spool is equipped with an expanding cone with a longitudinal groove on the outer surface and installed to interact with the cuff of the annular piston of the hydraulic cylinder, the annular chamber above the annular piston is hydraulically connected by a radial hole to the axial bore of the barrel, and an opening in the body of the detachable housing for end faces valve - with the well annulus above the installation location of the device.