Результат интеллектуальной деятельности: СКВАЖИННЫЙ ЗАТВОР

Изобретение относится к области горного дела, в частности к добыче нефти, и предназначено для перекрытия скважины в процессе ее эксплуатации и предотвращения открытого фонтанирования скважинной жидкости при проведении ремонтно-профилактичеких работ.

Известен пакер, содержащий верхний и нижний переводники, полый ствол с рукавным уплотнителем. На стволе установлена с возможностью перемещения дифференциальная втулка с двумя внутренними перемычками, между которыми и стволом образована средняя камера. В стволе установлен поршень с седлом под сбросовый шар. Пакер содержит обратный клапан в нижнем переводнике, содержащий корпус, подпружиненный запорный элемент и клапанную втулку, взаимодействующую с поршнем и установленную на корпусе с фиксацией срезным штифтом. Сквозные отверстия, выполненные в стенке ствола и сообщающие полость ствола со средней камерой, перекрыты еще одним обратным клапаном. Давления, возникающие в пакере, и диаметры элементов пакера, с которыми взаимодействует дифференциальная втулка, связаны математическими зависимостями (Патент RU №2409736 С1. Пакер. - МПК: Е21В 33/12. - 20.01.2011).

Известно устройство для перекрытия ствола скважины при извлечении из нее насосного оборудования, содержащее корпус с уплотнительным элементом и центральным каналом с седлом и установленный на корпусе с возможностью перекрытия центрального канала клапан с фиксатором его закрытого положения, выполненным в виде противовеса. Устройство снабжено прикрепленным к седлу гнездом с окнами, внутри которого размещен клапан, выполненный в виде кулачка с конической посадочной поверхностью и продольным пазом со вставленным в него рычагом с шаровым концом, который взаимодействует с противовесом, выполненным в виде патрубка. Для повышения устойчивости посадки в стволе скважины устройство может быть снабжено фиксирующим устройством, автоматически взаимодействующим с кулачком клапана. Для повышения надежности фиксации устройства в скважине и автоматического привода в действие фиксирующего устройства оно может быть снабжено стопорным механизмом, выполненным в виде вилки, нижний конец которой выполнен в виде усеченного конуса, и взаимодействующим со стопором, выполненным с возможностью радиального перемещения (Патент RU №2294428 С2. Устройство для перекрытия ствола скважины. - МПК Е21В 34/06. - 27.02.2007).

Недостатком известных аналогов устройства является низкая надежность их при работе и эксплуатации скважины.

Наиболее близким аналогом является скважинный клапан-отсекатель, устанавливаемый в посадочный ниппель пакера. Клапан-отсекатель содержит корпус с ниппелем в верхней части и седлом внизу. На корпусе концентрично размещена ступенчатая втулка, имеющая возможность ограниченного возвратно-поступательного осевого перемещения относительно корпуса. Ступенчатая втулка связана с корпусом с помощью срезных элементов. В верхней части ступенчатой втулки внутри имеется переводник, а. в нижней части ее выполнена с наконечником, устанавливаемым в посадочный ниппель пакера, и кольцевым выступом. В наконечнике, корпусе и втулке выполнены радиальные каналы. Внутри корпуса установлен привод, выполненный в виде гофрированного сильфона, заполненного газом, и поршня, соединенного с сильфоном, с одной стороны, и штоком, имеющим возможность ограниченного возвратно-поступательного осевого перемещения, с другой стороны. На конце штока установлен затвор, выполненный в виде шара, со ступенчатой кольцевой канавкой, заполненной эластичным материалом в верхней части затвора, взаимодействующего с седлом, причем внутренняя часть канавки через каналы, выполненные в затворе, сообщается с пространством скважины ниже клапана-отсекателя. В нижней части штока выполнены продольные каналы для сообщения пространств над и под затвором при открытом клапане. Для фиксации штока в крайнем верхнем положении на поршне выполнена кольцевая канавка, а в корпусе - окна, в которых установлены кулачки. Перемещение корпуса относительно ступенчатой втулки ограничено срезными винтами. Для герметичной установки клапана в скважине на корпусе установлены уплотнения. Переводником клапан-отсекатель соединяется с инструментом для спуска его в скважину, а после спуска клапана-отсекателя, последний фиксируется с помощью подвижной втулки и цанги в посадочном ниппеле пакера (Патент RU №2021490 С1. Скважинный клапан-отсекатель. - МПК⁵: Е21В 34/06. - 5.10.1994). Данное устройство принято за прототип.

Недостатком известного клапана-отсекателя, принятого за прототип, является подвижное соединение ступенчатой втулки с корпусом и наличие в корпусе поршня, передающего ограниченное возвратно-поступательное осевое перемещение штоку с затвором через давление скважинной жидкости на сильфон с сжатым газом, что усложняет конструкцию и снижает надежность работы клапана-отсекателя.

Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является упрощение конструкции и повышение надежности ее с возможностью извлечения при обслуживании и ремонте скважины.

Техническим результатом, достигаемым предложенным техническим решением, является упрощение конструкции и повышение надежности в работе.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном скважинном затворе, содержащем корпус, ограниченный ниппелем и седлом, внутри корпуса размещен сильфон, заполненный через ниппель сжатым газом, запорный клапан, установленный на штоке, проходящем через седло с возможностью ограниченного возвратно-поступательного осевого перемещения, образующие между собой канал, перекрываемый клапаном, при этом на корпусе установлена ступенчатая втулка диаметром, меньшим диаметра ствола скважины, образующие кольцевую полость, сообщающуюся с пространством скважины над затвором, при этом в стенках корпуса и втулки выполнены радиальные окна для сообщения между полостью корпуса и кольцевой полостью, причем втулка выполнена с наконечником, устанавливаемым в посадочный ниппель пакера, а над ниппелем корпуса выполнен переводник с радиальными отверстиями для спускоподъемного инструмента согласно предложенному техническому решению, корпус закреплен в ступенчатой втулке, причем таким образом, что радиальные окна каждого из них расположены друг перед другом, при этом шток привода запорного клапана в движение соединен непосредственно с торцом сильфона, последний размещен в камере, образованной полостью корпуса между ниппелем и седлом, сообщающейся с подклапанным пространством через канал между штоком и седлом, с одной стороны, и кольцевой полостью через совмещенные радиальные окна корпуса и втулки, с другой стороны.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного скважинного затвора, отсутствуют. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствуют условию патентоспособности «изобретательский уровень».

На фиг.1 показан скважинный затвор; на фиг.2 - то же, после посадки в скважину; на фиг.3 - то же, при заборе скважинной жидкости.

Скважинный затвор состоит из корпуса 1, ограниченного ниппелем 2 и седлом 3 с образованием камеры 4, в последней размещен сильфон 5, запорного клапана 6, установленного на штоке 7 привода запорного клапана 6 в движение и соединенного непосредственно с торцом сильфона 5, сообщающего запорному клапану 6 возвратно-поступательное перемещение. Шток 7 размещен в седле 3 с образованием между собой канала 8, перекрываемого запорным клапаном 6 при сжатии сильфона 5 (Фиг.1). Сильфон 5 заполнен через ниппель 2 сжатым газом и имеет при атмосферном давлении в камере 4 длину l₁. На корпусе 1 герметично установлена ступенчатая втулка 9 диаметром, меньшим диаметра ствола 10 скважины, с образованием между собой кольцевой полости 11, сообщающейся с пространством скважины над затвором. В стенках корпуса 1 и втулки 9 выполнены радиальные окна 12, расположенные друг перед другом и сообщающие камеру 4 с кольцевой полостью 11. Над корпусом 1 установлен переводник 13 с радиальными отверстиями 14, предназначенный для соединения его с инструментом спуска скважинного затвора в скважину и подъема из нее. Втулка 9 выполнена с наконечником 15, устанавливаемым в посадочный ниппель 16, закрепленный на пакере, разобщающем пространства скважины над и под затвором (Фиг.2). Наконечник 15 предохраняет скважинный затвор от непредвиденных препятствий при спускоподъемных операциях и создает удобство для его установки в посадочный ниппель 16 пакера.

Предложенный скважинный затвор работает следующим образом.

Перед спуском скважинного затвора в скважину сильфон 5 через ниппель 2 заряжается сжатым газом на расчетное давление в зависимости от заданной высоты столба скважинной жидкости над затвором и имеет длину l₁. С помощью сильфона 5 и штока 7 запорный клапан 6 находится в крайнем нижнем открытом положении. Затем спускоподъемным инструментом с помощью насосно-компрессорных труб скважинный затвор спускают в ствол 10 скважины, наконечник 15 ступенчатой втулки 9 утапливается в посадочный ниппель 16 и герметично закрепляется в пакере. Под действием гидростатического давления столба скважинной жидкости, заполняющей камеру 4 через совмещенные радиальные окна 12 в стенках корпуса 1 и втулки 9, сильфон 5 сжимается до величины l₂ и торцом тянет вверх шток 7 с затвором 6, последний закрывает канал 8 между седлом 3 и штоком 7, разобщающий пространства скважины над и под скважинным затвором, тем самым предотвращается открытое фонтанирование скважины. После чего спускоподъемный инструмент удаляется из ствола 10 скважины. Затем в скважину спускается скважинный насос 17, с включением в работу которого высота столба жидкости над скважинным затвором снижается и давление скважинной жидкости в камере 4 уменьшается. Под действием сжатого газа в камере 4 сильфон 5 удлиняется до величины l₃ и торцом перемещает вниз шток 7 с затвором 6, последний открывает канал 8 между седлом 3 и штоком 7, тем самым сообщает камеру 4 с подклапанным пространством, обеспечивая поступление скважинной жидкости из пласта скважины через пакер в пространство ствола скважины над затвором в насос 17 (Фиг.3). В случае остановки скважины и превышения заданного уровня скважинной жидкости в стволе скважины над затвором, давление жидкости в камере 4 превысит допустимое сжатым газом в сильфоне 5, последний сжимается, тянет вверх шток 7 с затвором 6 и закрывает канал 8 между седлом 3 и штоком 7, тем самым разобщаются пространства в стволе 10 скважины над и под затвором, предотвращая открытое фонтанирование скважины. При необходимости извлечения скважинного затвора из посадочного ниппеля 16 пакера переводник 13 скважинного затвора ловится за радиальные отверстия 14 и скважинный затвор с помощью, например, тросовой техники перемещается вверх в устье скважины (на чертеже инструмент для извлечения не показан).

Это дает возможность повысить надежность работы и предотвратить открытое фонтанирование скважины, а также сократить расходы на ремонт скважины.