RU2620700C1 - Controlled well electromechanical valve - Google Patents

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: controlled well electromechanical valve consists of a body, a connecting wet contact, a drive including a micro electric motor fed from the zero point of the centrifugal pump motor, and a reducer with an output shaft rigidly connected to the screw nut, inside of which is a screw coaxially articulated with a hollow stem with a hole for measuring the pressure in the formation. A movable differential piston, levelling well and reservoir pressure, is mounted on the hollow stem. At the free end, the hollow shaft is hermetically articulated with an auxiliary hollow valve and a saddle with an outlet channel into the wellbore, placed in the inner cavity of the controllable hollow valve with a seat regulating fluid flow from the formation.

EFFECT: increasing the reliability of the valve.

1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к технике нефтепромыслового оборудования и может быть использовано с электроцентробежными насосами для одновременно-раздельной эксплуатации пластов и при текущем ремонте скважин без их глушения.The present invention relates to the technique of oilfield equipment and can be used with electric centrifugal pumps for simultaneous and separate operation of the reservoirs and with the current repair of wells without killing them.

Известен способ отсечения пласта для проведения подземного ремонта без глушения скважины [Патент РФ №2531011, МПК Е21В 34/06, опубликован 20.10.2014], включающий электроприводной центробежный насос, пакер, якорь, блок датчиков контроля работы пласта и разъединяемый от «нулевой точки» электропогружного двигателя электрический блок «мокрый контакт» с электромагнитным клапаном, отсекающим пласт на время извлечения из скважины насосного оборудования и его ремонта.A known method of cutting off the reservoir for underground repairs without killing the well [RF Patent No. 2531011, IPC ЕВВ 34/06, published October 20, 2014], including an electric drive centrifugal pump, packer, anchor, a block of sensors for monitoring the operation of the formation and disconnected from the “zero point” electric submersible motor “wet contact” electric unit with an electromagnetic valve that cuts off the formation for the period of extraction of pumping equipment from the well and its repair.

Предлагаемое для реализации способа устройство может работать не только для отсечения пласта, но и для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов при установке его между пластами. Электромагнитный клапан и блок датчиков контроля работы пласта питаются от «нулевой точки» электродвигателя центробежного насоса. Разъединяемый электрический блок «мокрый контакт» с электромагнитным клапаном отсекает пласт на время извлечения из скважины насосного оборудования и его ремонта.The device proposed for implementing the method can work not only for cutting off the formation, but also for simultaneous and separate operation of two layers when installing it between the layers. The solenoid valve and the unit of formation monitoring sensors are powered by the “zero point” of the centrifugal pump motor. The disconnectable wet contact electrical unit with the solenoid valve cuts off the formation while the pumping equipment is removed from the well and repaired.

Однако электромагнитный клапан не предусмотрен для регулирования потока жидкости через седло, так как он работает по принципу «закрыто-открыто», т.е. без регулирования зазора между клапаном и седлом. При этом закрыт он пружиной недостаточно надежно и при ремонтных спуско-подъемных операциях инструмента, которые вызывают поршневой эффект в скважине, он периодически открывается. Применение более мощного электромагнитного клапана ограничено возможностью отбора мощности от «нулевой точки» электродвигателя центробежного насоса не более 25 Вт.However, the solenoid valve is not designed to control the flow of fluid through the seat, since it works on the principle of "closed-open", i.e. no clearance between valve and seat. At the same time, it is closed by a spring insufficiently reliably and during repair tripping operations of the tool, which cause a piston effect in the well, it periodically opens. The use of a more powerful solenoid valve is limited by the possibility of power take-off from the “zero point” of the centrifugal pump motor no more than 25 watts.

Известна насосная установка (прототип) для одновременно-раздельной эксплуатации многопластовой скважины [Патент РФ №2563262, МПК Е21В 43/12 и Е21В 43/14, опубликован 20.09.2015], содержащая наземную станцию управления, электродвигатель центробежного насоса с питающим кабелем, наземную панель управления с телемеханической системой, включающей блоки регулирования притока и учета пластовых продуктов и регулируемые электроклапаны, электроприводы которых питаются через дополнительный кабель.Known pumping unit (prototype) for simultaneous and separate operation of a multilayer well [RF Patent No. 2563262, IPC ЕВВ 43/12 and Е21В 43/14, published September 20, 2015] containing a ground control station, a centrifugal pump motor with a power cable, ground panel control with a telemechanical system, including control units for inflow and metering of reservoir products and adjustable electrovalves, the electric actuators of which are fed through an additional cable.

Предлагаемая насосная установка, безусловно, выполняет все предусмотренные функции одновременно-раздельной эксплуатации пластов в скважине, кроме отсечения пластов для ремонта насосного оборудования без глушения скважины. К тому же, установка требует отдельного специального кабеля, питающего электропривод регулируемого клапана и блок телемеханической системы и контроля притока и учета состава добываемой жидкости, что приводит к дополнительным неудобствам, связанным с прокладкой и креплением его рядом с силовым кабелем для питания электродвигателя ЭЦН, а также перетиранием его при спуске в горизонтальные скважины.The proposed pump installation, of course, fulfills all the functions provided for simultaneously and separately operating reservoirs in the well, except for cutting off the reservoirs to repair pumping equipment without killing the well. In addition, the installation requires a separate special cable that feeds the electric valve of the adjustable valve and the telemechanical system unit and controls the inflow and metering of the produced fluid, which leads to additional inconvenience associated with laying and fixing it next to the power cable to power the ESP motor, as well as rubbing it during the descent into horizontal wells.

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков.The aim of the invention is to remedy these disadvantages.

Эта цель достигается тем, что скважинный управляемый электромеханический клапан снабжен приводом, включающим микроэлектродвигатель, питающийся от «нулевой точки» электродвигателя центробежного насоса, и редуктор с выходным валом, жестко соединенным с гайкой винтопары, внутри которой перемещается винт, соосно сочлененный с полым штоком с проходным отверстием для измерения давления в пласте, на полом штоке установлен подвижный дифференциальный поршень, выравнивающий скважинное и пластовое давления, на свободном торце полый шток герметично сочленен со вспомогательным полым клапаном и седлом с выходным каналом в полость скважины, помещенными во внутреннюю полость управляемого полого клапана с седлом, регулирующим поток жидкости из пласта.This goal is achieved by the fact that the well-controlled electromechanical valve is equipped with a drive that includes a microelectric motor powered by the “zero point” of the centrifugal pump electric motor, and a gearbox with an output shaft rigidly connected to the screw pair nut, inside which a screw coaxially connected to the hollow rod with a passage moves hole for measuring pressure in the reservoir, a movable differential piston is installed on the hollow rod, aligning the borehole and reservoir pressure, the hollow rod of the herme is on the free end It is articulated with an auxiliary hollow valve and a seat with an outlet channel into the well cavity, placed in the internal cavity of the controlled hollow valve with a seat regulating fluid flow from the formation.

На чертеже показан разрез общего вида скважинного управляемого электромеханического клапана: 1 - корпус; 2 - ниппель присоединительный; 3 - разъем «мокрый контакт»; 4 - блок управления телеметрией и микроэлектродвигателем; 5 - микроэлектродвигатель; 6 - редуктор; 7 - гайка винтопары; 8 - шарикоподшипники; 9 - винт; 10 - датчик давления; 11 - датчик температуры; 12 - полый шток; 13 - круговая полость с проходным каналом; 14 - проходное отверстие в штоке; 15 - дифференциальный поршень; 16 - отверстие для скважинного давления; 17 - отверстие в полом штоке для пластового давления; 18 - вспомогательный клапан; 19 - седло вспомогательного клапана; 20 - седлодержатель вспомогательного клапана; 21 - выходной канал вспомогательного клапана; 22 - управляемый клапан; 23 - седло управляемого клапана; 24 - седлодержатель управляемого клапана; 25 - выходные отверстия; 26 - резиновые уплотнения; 27 - резьба для присоединения якоря-пакера.The drawing shows a section of a General view of a downhole controlled electromechanical valve: 1 - body; 2 - connecting nipple; 3 - connector "wet contact"; 4 - control unit telemetry and microelectric motor; 5 - microelectric motor; 6 - gear; 7 - screw pair nut; 8 - ball bearings; 9 - screw; 10 - pressure sensor; 11 - temperature sensor; 12 - hollow stock; 13 - a circular cavity with a passage channel; 14 - a bore in the stock; 15 - differential piston; 16 - hole for well pressure; 17 - hole in the hollow rod for reservoir pressure; 18 - auxiliary valve; 19 - a saddle of the auxiliary valve; 20 - a saddle holder of the auxiliary valve; 21 - output channel of the auxiliary valve; 22 - controlled valve; 23 - seat controlled valve; 24 - saddle holder controlled valve; 25 - outlet openings; 26 - rubber seals; 27 - thread for attaching the anchor packer.

Предлагаемый скважинный управляемый механический клапан (чертеж) состоит из корпуса 1, присоединительного уплотняемого с помощью резиновых колец 26 ниппеля 2 с разъемом также уплотняемого «мокрого контакта» 3 внутри, блока управления микроэлектродвигателем и телеметрией 4, микроэлектродвигателя 5 с редуктором 6, винтопары с гайкой 7, жестко посаженной на выходной вал редуктора 6 и зацентрированной в двух шарикоподшипниках 8, внутри которой перемещается винт 9 с жестко сочлененным с уплотняемым резиновыми кольцами 26 в корпусе 1 полым штоком 12 с проходным отверстием 14 для гидравлической связи с круговой полостью 13 и датчиком давления 10. Датчик температуры 11 находится непосредственно на корпусе 1. Уплотняемый резиновыми кольцами 26 дифференциальный поршень 15 выравнивает скважинное давление через отверстие 16 в корпусе 1 с пластовым давлением через отверстие 17 в полом штоке 12. Со свободным торцом полого штока 12 герметично сочленен уплотняемый вспомогательный (малый) клапан 18 со вспомогательным седлом 19, зафиксированным уплотняемым седло держателем 20 во внутренней полости управляемого (основного) клапана 22. Вспомогательный клапан 18 окружен микрополостью с выходным каналом 21, соединяющимся гидравлически через выходное отверстие 25 со скважинным давлением. Управляемый полым штоком 12 и вспомогательным клапаном 18 основной клапан 22 с седлом 23, зафиксированным седлодержателем 24. Нижняя часть корпуса 1 оканчивается резьбой 27 для присоединения якоря-пакера при одновременно-раздельной эксплуатации пластов.The proposed downhole controlled mechanical valve (drawing) consists of a housing 1, a connecting pin sealed with rubber rings 26, a nipple 2 with a connector of a wet contact 3 also sealed inside, a microelectric motor and telemetry 4 control unit, a microelectric motor 5 with a reducer 6, screw couple with a nut 7 rigidly seated on the output shaft of the gearbox 6 and centered in two ball bearings 8, inside of which a screw 9 moves with a hollow rod 12 rigidly articulated with a sealing rubber ring 26 in the housing 1 with a bore hole 14 for hydraulic communication with a circular cavity 13 and a pressure sensor 10. The temperature sensor 11 is located directly on the housing 1. The differential piston 15 sealed with rubber rings 26 equalizes the borehole pressure through the hole 16 in the housing 1 with the reservoir pressure through the hole 17 in the hollow stem 12. With a free end face of the hollow rod 12, a sealed auxiliary (small) valve 18 is hermetically connected with an auxiliary seat 19 fixed by a holder 20 sealed in the saddle in the internal control cavity emogo (main) valve 22. The auxiliary valve 18 is surrounded by microcavity with an outlet channel 21 that connects hydraulically the outlet 25 through a downhole pressure. Operated by the hollow stem 12 and auxiliary valve 18, the main valve 22 with the seat 23 fixed by the saddle holder 24. The lower part of the housing 1 terminates in thread 27 for connecting the packer armature during simultaneous separate operation of the formations.

Предлагаемый скважинный управляемый электромеханический клапан (чертеж) работает следующим образом.The proposed downhole controlled electromechanical valve (drawing) operates as follows.

В скважину на насосно-компрессорных трубах спускается электроцентробежный насос с погружным электродвигателем, оканчивающимся захватным механизмом с разъемом «мокрый контакт» (не показан), к которому пристыковывается управляемый электромеханический клапан присоединительным ниппелем 2 с ответным «мокрым контактом» 3, питающим от «нулевой точки» погружного электродвигателя блок управления телеметрией и микроэлектродвигателем 4, микроэлектродвигатель 5 мощностью не более 25 Вт с напряжением 48 В и потребляемым током 0,5 А. Это предельная мощность, которую может отдать «нулевая точка» погружного электродвигателя. Однако этой мощности не хватает для надежного закрытия-открытия управляемого электромеханического клапана и поэтому он выполнен двухступенчатым: со вспомогательным (малым) полым клапаном 18, размещенным во внутренней полости управляемого (основного) полого клапана 22. Оба клапана герметично состыкованы с полым штоком 12 для управления последними и измерения пластового давления датчиком 10. Электромеханический клапан устанавливается на заданной глубине над продуктивным пластом с помощью якоря-пакера с проходным каналом (не показан), состыкованного резьбой 27 с нижней частью корпуса 1. Затем с наземной панели (не показанной на чертеже) подается команда на блок управления телеметрии 4: «открыть или частично приоткрыть» клапан 22, регулируя тем самым зазор между клапаном 22 и его седлом 23 и, следовательно, поток (дебит) жидкости из пласта (не показанного на чертеже). Команда исполняется микроэлектродвигателем 5 с редуктором 6 с помощью винтопары, зацентрированной шарикоподшипниками 8 и состоящей из гайки 7 и винта 9, жестко сочлененным с полым штоком 12, передающим осевое перемещение жестко сочлененному с ним вспомогательному клапану 18 для открытия. Вспомогательный клапан 18 выходит из седла 19, открывая выход пластовому давлению через полый конец штока 12 в микрополость с выходным каналом 21, сообщающимся с выходным отверстием 25 со скважинным пространством над пакером. Затем полый шток 12, продолжая двигаться вверх со вспомогательным клапаном 18, имеющим больший диаметр, чем у полого штока 12, начинает перемещение вверх, открывая или приоткрывая управляемый клапан 22. Для свободного и независимого от пластового и скважинного давлений при открытии и закрытии управляемого клапана предусмотрен дифференциальный поршень 15, который выравнивает давления под управляемым клапаном 22 и над ним. Подвижный дифференциальный поршень 15 загерметизирован резиновыми уплотнениями 26 относительно корпуса 1 и полого штока 12. В полости между дифференциальным поршнем 15 и управляющим клапаном 22 предусмотрено отверстие проходное 17 в полом штоке 12 для пластового давления, а в полости над дифференциальным поршнем 15 в корпусе 1 предусмотрено проходное отверстие 16 для скважинного давления. При закрытии управляемого клапана 22 полым штоком 12 со вспомогательным клапаном 18 сначала перекрывается отверстие в малом седле 19. Затем управляемый клапан 22 садится в большое седло 23, надежно перекрывая отверстие. При этом выравненные скважинное и пластовое давления над и под управляемым клапаном 22 совершенно не препятствуют его закрытию.An electric centrifugal pump with a submersible motor, ending in a gripping mechanism with a wet contact connector (not shown), to which a controllable electromechanical valve is connected by a connecting nipple 2 with a response wet contact 3, powered from a zero point, is lowered into the well on tubing. »Submersible electric motor control unit telemetry and microelectric motor 4, microelectric motor 5 with a capacity of not more than 25 W with a voltage of 48 V and a current consumption of 0.5 A. This is the limit oschnost, which can give the "zero point" of the submersible motor. However, this power is not enough for reliable closing-opening of the controlled electromechanical valve and therefore it is made in two stages: with an auxiliary (small) hollow valve 18 located in the internal cavity of the controlled (main) hollow valve 22. Both valves are tightly connected to the hollow stem 12 for control last and measurements of reservoir pressure by a sensor 10. An electromechanical valve is installed at a predetermined depth above the reservoir using an anchor packer with a passage channel (not shown), forged by thread 27 with the lower part of the housing 1. Then, from the ground panel (not shown in the drawing), a command is sent to the telemetry control unit 4: “open or partially open” the valve 22, thereby adjusting the gap between the valve 22 and its seat 23 and, therefore , flow (flow rate) of fluid from the reservoir (not shown in the drawing). The command is executed by a microelectric motor 5 with a gearbox 6 using a screw pair, centered on ball bearings 8 and consisting of a nut 7 and a screw 9, rigidly articulated with a hollow stem 12, transmitting axial movement to the auxiliary valve 18 rigidly articulated with it for opening. The auxiliary valve 18 leaves the seat 19, opening the outlet to the reservoir pressure through the hollow end of the rod 12 into the micro cavity with the outlet channel 21 in communication with the outlet 25 with the borehole above the packer. Then, the hollow rod 12, continuing to move upward with an auxiliary valve 18 having a larger diameter than that of the hollow rod 12, begins to move upward by opening or slightly opening the controlled valve 22. For free and independent of reservoir and well pressure, when opening and closing the controlled valve is provided differential piston 15, which equalizes the pressure under the controlled valve 22 and above it. The movable differential piston 15 is sealed with rubber seals 26 relative to the housing 1 and the hollow stem 12. A hole 17 is provided in the cavity between the differential piston 15 and the control valve 22 in the hollow stem 12 for reservoir pressure, and a passage is provided in the cavity above the differential piston 15 in the housing 1 hole 16 for downhole pressure. When closing the controlled valve 22 with a hollow stem 12 with an auxiliary valve 18, the hole in the small seat 19 is first blocked. Then, the controlled valve 22 sits in the large seat 23, reliably blocking the hole. In this case, the aligned borehole and reservoir pressures above and below the controlled valve 22 do not completely prevent its closure.

Таким образом, с помощью управляемого электромеханического клапана обеспечивается одновременно-раздельная эксплуатация пластов, разделенных пакером. Клапан обеспечивает надежное отсечение пласта для проведения подземного ремонта скважины без ее глушения. Для этого подается команда на закрытие клапана и расстыковку захватного механизма с разъемом «мокрый контакт». После чего насосное оборудование вместе с насосно-компрессорными трубами извлекаются из скважины для ремонта. Завершив ремонт, насосное оборудование снова спускается в скважину, стыкуется захватным механизмом с разъемом «мокрый контакт» и блоком управления микроэлектродвигателем и телеметрией и электромеханический клапан готов к продолжению его эксплуатации.Thus, with the help of a controlled electromechanical valve, simultaneous and separate operation of formations separated by a packer is provided. The valve provides reliable cutoff of the formation for underground repair of the well without killing it. To do this, a command is issued to close the valve and undock the gripping mechanism with a wet contact connector. Then the pumping equipment together with the tubing are removed from the well for repair. Having completed the repair, the pumping equipment again descends into the well, is joined by a gripping mechanism with a wet contact connector and a microelectric motor and telemetry control unit, and the electromechanical valve is ready to continue its operation.

Технический эффект: клапан обеспечивает без дополнительного кабеля надежно управляемое регулирование дебита пласта, измерение пластового давления и других технологических параметров, а также надежное отсечение пласта для проведения текущего ремонта насосного оборудования без глушения скважины.Technical effect: the valve provides, without an additional cable, reliably controlled regulation of the production rate, measurement of formation pressure and other technological parameters, as well as reliable cut-off of the formation for routine repair of pumping equipment without killing the well.

Claims (1)

Скважинный управляемый электромеханический клапан, включающий корпус, присоединительный “мокрый контакт”, дополнительный кабель питания, блок контроля давления, температуры и управления электродвигателем регулируемого клапана и регулируемый клапан, отличающийся тем, что клапан снабжен приводом, включающим микроэлектродвигатель, питающийся от “нулевой точки” электродвигателя центробежного насоса, и редуктор с выходным валом, жестко соединенным с гайкой винтопары, внутри которой перемещается винт, соосно сочлененный с полым штоком с проходным отверстием для измерения давления в пласте, на полом штоке установлен подвижный дифференциальный поршень, выравнивающий скважинное и пластовое давления, на свободном торце полый шток герметично сочленен со вспомогательным полым клапаном и седлом с выходным каналом в полость скважины, помещенными во внутреннюю полость управляемого полого клапана с седлом, регулирующим поток жидкости из пласта.A downhole controlled electromechanical valve, comprising a housing, a wet contact connection, an additional power cable, a pressure, temperature and motor control unit for an adjustable valve and an adjustable valve, characterized in that the valve is equipped with a drive that includes a microelectric motor powered from the “zero point” of the electric motor a centrifugal pump, and a gearbox with an output shaft, rigidly connected to a screw pair nut, inside of which a screw moves, coaxially articulated with a hollow rod m with a bore for measuring pressure in the reservoir, a movable differential piston is installed on the hollow rod, aligning the borehole and reservoir pressure, at the free end, the hollow rod is hermetically articulated with an auxiliary hollow valve and a seat with an outlet channel in the borehole, placed in the inner cavity of the controlled hollow a valve with a seat that controls the flow of fluid from the reservoir.

Images