Скважинный обратный клапан

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Республиканское унитарное предприятие Производственное объединение Белоруснефть(72) Авторы Галай Михаил Иванович Демяненко Николай Александрович Третьяков Дмитрий Леонидович(73) Патентообладатель Республиканское унитарное предприятие Производственное объединение Белоруснефть(57) 1. Скважинный обратный клапан, включающий корпус с осевым сквозным каналом,выполненный с возможностью встраивания в колонну насосно-компрессорных труб подвижный полый ступенчатый элемент с двумя уровнями выполненных в нем сквозных отверстий, установленный соосно корпусу и с возможностью возвратно-поступательного 71442011.04.30 перемещения относительно него под действием, по меньшей мере, пружины, установленной с возможностью регулировки ее поджатия, и давления рабочей жидкости, поступающей с устья скважины по колонне насосно-компрессорных труб размещенный в корпусе запорный элемент, обеспечивающий разобщение полости насосно-компрессорных труб под действием гидростатического давления, отличающийся тем, что подвижный ступенчатый элемент выполнен в виде дифференциального поршня, состоящего из поршней большего и меньшего диаметров и соединяющего их тела поршня с выполненными в нем двумя уровнями радиальных сквозных отверстий содержит переводник, закрепленный на нижнем конце корпуса и выполненный с возможностью соединения с колонной насоснокомпрессорных труб кожух, закрепленный на переводнике и на корпусе с образованием между ним и телом дифференциального поршня кольцевой полости, и между ним и корпусом - кольцевого пространства, в котором расположены возвратная пружина и дифференциальный поршень, установленный с дополнительной возможностью возвратнопоступательного перемещения под действием давления пластовой жидкости, поступающей из затрубного пространства запорный элемент расположен в осевом канале корпуса между двумя уровнями выполненных в нем радиальных сквозных отверстий, обеспечивающих при их совмещении с соответствующими уровнями радиальных сквозных отверстий тела дифференциального поршня гидравлическую связь между разобщенными запорным элементом полостями канала корпуса над и под запорным элементом посредством кольцевой полости. 2. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что в корпусе выполнены радиальные сквозные отверстия для обеспечения гидравлической связи полости канала корпуса с кольцевым пространством выше поршня меньшего диаметра. 3. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что в кожухе выполнены сквозные отверстия для обеспечения гидравлической связи затрубного пространства скважины с кольцевым пространством ниже поршня большего диаметра. 4. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что запорный элемент выполнен в виде седла и шара, установленного с возможностью ограниченного перемещения. 5. Клапан по п. 1 отличающийся тем, что запорный элемент выполнен в виде цилиндрического золотника.(56) 1.2145024 1, МПК 16 17/3421 34/08, 2000. 2.23312 1, МПК 21 34/08, 2002. 3.2205986 2, МПК 04 13/10, 2003. 4.2391592, МПК 16 15/04,04 13/10,21 34/00, 2010. Полезная модель относится к нефтяной промышленности, в частности к внутрискважинному эксплуатационному оборудованию, и может быть использована при добыче нефти погружными электроцентробежными насосами, освоении скважин и проведении технологических обработок. Известен клапан-отсекатель 1, содержащий корпус с осевым каналом и размещенным в корпусе запорным элементом, выполненным в виде полого дифференциального поршня с размещенной в нижней его части цангой. Клапан снабжен направляющим цилиндром, установленным в корпусе с образованием кольцевого зазора, в нижней части направляющего цилиндра с образованием герметичной полости установлен замок цанги. Запорный элемент установлен в направляющем цилиндре с возможностью возвратнопоступательного перемещения, наружная цилиндрическая поверхность запорного элемента сопряжена с внутренней поверхностью направляющего цилиндра и в последнем в под 2 71442011.04.30 поршневой зоне запорного элемента выполнены отверстия, при этом в надпоршневой зоне запорного элемента и в направляющем цилиндре выполнены отверстия, которые совмещены в верхнем положении запорного элемента. Недостатком данного клапана-отсекателя является то, что его установка и работа требуют в обязательном порядке наличия пакера, кроме того, конструкция известного клапана-отсекателя не позволяет использовать его в качестве обратного клапана для погружных электроцентробежных насосов. Также конструкция известного клапана-отсекателя не позволяет проводить обработку глубинно-насосного оборудования с целью удаления асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) и солеотложений. Известен также скважинный обратный клапан 2, содержащий корпус, размещенную в нем подвижную втулку с седлом, установленную с возможностью осевого перемещения,запорный орган, при этом в корпусе выполнены радиальные отверстия, а подвижная втулка выполнена с возможностью перекрывания радиальных отверстий корпуса. Верхняя часть втулки выполнена глухой, имеет радиальные отверстия, выполненные с возможностью совмещения с радиальными отверстиями корпуса клапана, а запорный орган выполнен в виде шарика, размещенного над седлом во внутренней полости втулки. Недостатком вышеописанного клапана является то, что его конструкция не позволяет проводить обработку глубинно-насосного оборудования с целью удаления АСПО и солеотложений. Известен обратный клапан в составе погружного центробежного высоконапорного электронасоса для подъема жидкости из скважин 3, включающий корпус клапана и запорное устройство, извлекаемое из скважины после опрессовки колонны насоснокомпрессорных труб (НКТ). Недостатком данного технического решения является то, что для проведения обработок с целью обеспечения прохода промывочной жидкости по колонне лифтовых труб, необходимо извлекать обратный клапан с помощью специального приспособления, спускаемого в скважину на канате или геофизическом кабеле. Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является обратный клапан 4, содержащий корпус с верхней и нижней внутренними присоединительными резьбами, служащими для встраивания клапана в колонну НКТ, подвижный элемент со сквозными отверстиями, муфту для регулировки поджатия пружины, защитное уплотнение, поджатое пробкой, запорный элемент в виде шарика, при этом подвижный элемент выполнен в виде ступенчатого стакана, допускающего перемещение в осевом направлении в направляющих и центрирующих сквозных отверстиях муфты и пробки, в котором выполнено осевое ступенчатое сквозное отверстие, в месте сопряжения разных диаметров отверстия выполнена фаска, являющаяся седлом для запорного элемента, при этом запорный элемент в виде шарика имеет возможность перемещения внутри отверстия большего диаметра. Недостатком данного обратного клапана является то, что его использование возможно только на фонтанирующих скважинах, добыча нефти в которых ведется с использованием погружных электроцентробежных насосов, в этом случае уровни жидкости в колонне НКТ и в эксплуатационной колонне будут одинаковыми и пружина сможет держать клапан в закрытом состоянии после остановки насоса. На практике погружные электроцентробежные насосы используются в скважинах, в которых отсутствует эффект фонтанирования, а,значит, уровень жидкости в колонне НКТ труб будет всегда выше, чем в эксплуатационной колонне. При этом перепад давления, действующий на открытие обратного клапана,может достигать 10,0 МПа и более. В связи с этим сложно подобрать возвратную пружину, геометрические характеристики которой позволят гарантированно удерживать давление столба жидкости в колонне НКТ. Задачей полезной модели является сокращение эксплуатационных затрат за счет повышения эффективности выполнения ремонтов в скважине и обработок внутрискважин 3 71442011.04.30 ного оборудования с целью борьбы с парафино- и солеотложениями без проведения спускоподъемных операций, а также создание эффективной и надежной системы для исключения перетока жидкости из полости насосно-компрессорных труб во время остановки погружного электроцентробежного насоса. Поставленная задача решается за счет того, что в скважинном обратном клапане,включающем корпус с осевым сквозным каналом, выполненный с возможностью встраивания в колонну насосно-компрессорных труб подвижный полый ступенчатый элемент с двумя уровнями выполненных в нем сквозных отверстий, установленный соосно корпусу и с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно него под действием, по меньшей мере, пружины, установленной с возможностью регулировки ее поджатия,и давления рабочей жидкости, поступающей с устья скважины по колонне насоснокомпрессорных труб размещенный в корпусе запорный элемент, обеспечивающий разобщение полости насосно-компрессорных труб под действием гидростатического давления, согласно полезной модели, подвижный ступенчатый элемент выполнен в виде дифференциального поршня, состоящего из поршней большего и меньшего диаметров и соединяющего их тела поршня с выполненными в нем двумя уровнями радиальных сквозных отверстий содержит переводник, закрепленный на нижнем конце корпуса и выполненный с возможностью соединения с колонной насосно-компрессорных труб кожух,закрепленный на переводнике и на корпусе с образованием между ним и телом дифференциального поршня кольцевой полости, и между ним и корпусом - кольцевого пространства, в котором расположены возвратная пружина и дифференциальный поршень, установленный с дополнительной возможностью возвратно-поступательного перемещения под действием давления пластовой жидкости, поступающей из затрубного пространства запорный элемент расположен в осевом канале корпуса между двумя уровнями выполненных в нем радиальных сквозных отверстий, обеспечивающих при их совмещении с соответствующими уровнями радиальных сквозных отверстий тела дифференциального поршня гидравлическую связь между разобщенными запорным элементом полостями канала корпуса над и под запорным элементом посредством кольцевой полости. В корпусе могут быть выполнены радиальные сквозные отверстия для обеспечения гидравлической связи полости канала корпуса с кольцевым пространством выше поршня меньшего диаметра, а в кожухе могут быть выполнены радиальные сквозные отверстия для обеспечения гидравлической связи затрубного пространства скважины с кольцевым пространством ниже поршня большего диаметра. Запорный элемент может быть выполнен в виде седла и шара, установленного с возможностью ограниченного перемещения. Запорный элемент может быть выполнен также в виде цилиндрического золотника. Полезная модель поясняется следующими чертежами на фиг. 1 изображен общий вид обратного клапана в рабочем положении на фиг. 2 общий вид обратного клапана в положении промывки. Скважинный обратный клапан включает корпус 1 с осевым сквозным каналом 2,снабженный в верхней части внутренней резьбой 3 для встраивания в колонну насоснокомпрессорных труб (на фигурах не показана) переводник 4, закрепленный на нижнем конце корпуса 1 посредством внутреннего резьбового соединения 5. На нижней части переводника 4 также выполнена наружная резьба 6 для соединения с колонной НКТ. Клапан содержит также кожух 7, закрепленный верхней частью посредством резьбового соединения 8 на корпусе 1 и нижней частью посредством резьбового соединения 9 на переводнике 4 с образованием между ним и корпусом кольцевого пространства 10, в котором соосно корпусу 1 установлены возвратная пружина 11 и дифференциальный поршень 12, состоящий из поршня 13 большего и поршня 14 меньшего диаметров и расположенного между ними тела 15 поршня с выполненными в нем двумя уровнями радиальных сквозных отверстий - верхних 16 и нижних 17 при этом поршень большего диаметра 13 опирается на 4 71442011.04.30 возвратную пружину 11, усилие которой регулируется при помощи гайки 18. В осевом канале 2 корпуса 1 между двумя уровнями выполненных в нем радиальных сквозных отверстий - верхних 19 и нижних 20 - установлен запорный элемент 21, включающий седло 22 и шар 23, расположенный внутри клетки 24 с возможностью перемещения и перекрытия седла 22, при этом перемещение шара 23 сверху ограничено упорным стаканом 25, снабженным окнами 26 для обеспечения через них гидравлической связи полости канала 2 с отверстиями 19 корпуса 1. Уровни радиальных отверстий 16 и 17 дифференциального поршня 12 расположены между собой на том же расстоянии, что и уровни радиальных сквозных отверстий 19 и 20 корпуса 1. Между кожухом 7 и телом 15 поршня образована кольцевая полость 27. В корпусе 1 выполнены радиальные сквозные отверстия 28 для обеспечения гидравлической связи полости канала 2 корпуса 1 с кольцевым пространством 10 выше поршня меньшего диаметра 14, а в кожухе 7 выполнены радиальные сквозные отверстия 29 для обеспечения гидравлической связи затрубного пространства скважины с кольцевым пространством 10 ниже поршня большего диаметра 13. Обратный клапан работает следующим образом Во время добычи нефти (фиг. 1) вследствие того, что площадь нижнего поршня большего диаметра 13 больше площади верхнего поршня меньшего диаметра 14, давление жидкости из затрубного пространства через отверстия 29 и возвратная пружина 11 перемещают дифференциальный поршень 12 в крайнее верхнее положение. При этом дифференциальный поршень 12 перекрывает отверстия 19 и 20 корпуса 1, и пластовый флюид через открытое седло 22 поступает вверх в колонну НКТ и дальше на устье скважины. После остановки погружного насоса (на фигурах не показан) шар 23 под действием гидростатического давления садится в седло 22 и перекрывает его, разобщая полость канала 2,предотвращая самопроизвольное истечение жидкости из колонны НКТ и тем самым облегчая последующий запуск насоса в работу. При необходимости проведения технологических обработок погружного электроцентробежного насоса от солеотложений или АСПО (фиг. 2) агрегатом на устье скважины во внутрь НКТ закачивают рабочую жидкость и поднимают давлением выше критического,которое через отверстия 28 корпуса 1 воздействует на поршень меньшего диаметра 14,вследствие чего дифференциальный поршень 12, сжимая возвратную пружину 11, перемещается вниз, до совмещения соответствующих уровней радиальных сквозных отверстий на дифференциальном поршне 12 и корпусе 1. Рабочая жидкость проходит через окна 26 упорного стакана 25, отверстия 19 корпуса 1, отверстия 16 дифференциального поршня 12, кольцевую полость 27, отверстия 17 дифференциального поршня 12, отверстия 20 корпуса 1 и далее по полости канала 2 корпуса 1, через переводник 4 к полости колонны НКТ и далее к погружному электроцентробежному насосу (на фигурах не показан), промывая его. После прекращения обработки давление в колонне НКТ снижается до гидростатического, при этом дифференциальный поршень 12 под действием давления пластовой жидкости, поступающей из затрубного пространства, и усилия возвратной пружины 11 возвращается в крайнее верхнее положение, перекрывая гидравлическую связь между полостями осевого канала 2 под и над запорным элементом 21. Гидростатическое давление действует на шар 23 и прижимает его к седлу 22. Запорный элемент 21 перекрывает внутренний канал 2, предотвращая самопроизвольное истечение жидкости из колонны НКТ и облегчая тем самым последующий запуск насоса в работу. Таким образом, полезная модель обеспечивает исключение перетока жидкости из полости насосно-компрессорных труб во время остановки погружного электроцентробежного насоса, а также сокращает эксплуатационные затраты, так как технологические обработки внутрискважинного оборудования, в том числе и погружного электроцентробежного насоса, при остановке насоса осуществляются без проведения спускоподъемных операций. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6