Результат интеллектуальной деятельности: Скважинный управляемый электромеханический клапан

Предлагаемое изобретение относится к технике нефтепромыслового оборудования и может быть использовано с  установками электрических центробежных насосов (УЭЦН) для одновременно-раздельной эксплуатации газовых, газоконденсатных и нефтяных скважин с глубоким залеганием продуктивных пластов и большим интервалом между ними.

Известен скважинный управляемый электромеханический клапан, выбранный в качестве аналога (патент РФ № 2645311, опубл. 20.02.2018 г., патентообладателем настоящего патента является заявитель). Клапан состоит из корпуса, переводника с типовым присоединительным разъемом или с разъемом типа «мокрый контакт», микроэлектродвигателя, питающегося от «нулевой точки» электродвигателя электрического центробежного насоса (ЭЦН), редуктора с винтопарой, полого штока с проходным каналом для измерения давления в пласте, дифференциального поршня, выравнивающего скважинное и пластовое давления, вспомогательного и управляемого клапана, к которому герметично подсоединена штуцерная трубка с внутренним зазором, в котором проходит трубка для измерения пластового давления, состыкованная с проходным каналом в полом штоке и герметично соединенная со вспомогательным клапаном. Штуцерная трубка сверху выполнена с радиальными отверстиями, а снизу – с каплевидными штуцерами и заглушена герметичной пробкой, внутри которой проходит нижний конец трубки для измерения пластового давления. Против штуцеров в ниппеле выполнена проточка, гидравлически соединенная через штуцеры с входными каналами в ниппеле.

Недостатками известного клапана являются отсутствие возможности: передачи показаний давления и температуры нижнего пласта в режиме онлайн на станцию управления; выравнивания сил, действующих на шток со стороны флюида верхнего и нижнего пластов; открыть или закрыть поток флюида верхнего пласта, открыть потока флюида одновременно с верхнего и нижнего пластов.

Известен скважинный управляемый электромеханический клапан, выбранный в качестве прототипа (патент РФ № 2620700, опубл. 29.05.2017 г., патентообладателем настоящего патента является заявитель). Скважинный управляемый электромеханический клапан состоит из корпуса, присоединительного “мокрого контакта”, привода, включающего 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.

Недостатками известного клапана являются отсутствие возможности: передачи показаний давления и температуры нижнего пласта в режиме онлайн на станцию управления; выравнивания сил, действующих на шток со стороны флюида верхнего и нижнего пластов; открыть или закрыть поток флюида верхнего пласта, открыть потока флюида одновременно с верхнего и нижнего пластов.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в создании конструкции скважинного управляемого электромеханического клапана для реализации возможности:

- передачи показаний нижнего пласта в режиме онлайн на станцию управления;

- выравнивания сил, действующих на шток со стороны флюида верхнего и нижнего пластов;

- открытия потока флюида с верхнего пласта, когда скважинный управляемый электромеханический клапан находится в закрытом положении;

- закрытия потока флюида с верхнего пласта, когда скважинный управляемый электромеханический клапан находится в открытом положении;

- открытия потока флюида верхнего и нижнего пластов, когда скважинный управляемый электромеханический клапан находится в частично открытом положении.

Технический результат достигается тем, что:

- блок управления, оснащенный датчиками давления и температуры, герметично соединен с кабелем питания и размещен снаружи внутреннего корпуса, во внутреннем корпусе размещен компенсатор давления, содержащий поршень и заполненную маслом полость, над компенсатором давления размещена выравнивающая полость, между наружным и внутренним корпусами образовано кольцевое пространство, в наружном корпусе, имеющем радиальные каналы, размещен поршень, который жестко соединен с верхней частью штока и имеет осевые каналы, под поршнем размещена полость.

Оборудование клапана блоком управления, оснащенным датчиками давления и температуры, который герметично соединен с кабелем питания и размещен снаружи внутреннего корпуса, обеспечивает передачу показаний давления и температуры нижнего пласта в режиме онлайн на станцию управления.

Размещение во внутреннем корпусе клапана компенсатора давления, содержащего поршень и заполненную маслом полость, размещение над компенсатором давления выравнивающей полости, размещение в наружном корпусе поршня, под которым имеется полость, обеспечивают выравнивание сил, действующих на шток со стороны флюида верхнего и нижнего пластов.

Радиальные каналы в наружном корпусе клапана и поршень с осевыми каналами позволяют открыть поток флюида с верхнего пласта, когда скважинный управляемый электромеханический клапан находится в закрытом положении, при котором поток флюида идет только с верхнего пласта.

Перекрытие радиальных отверстий в наружном корпусе клапана с помощью поршня с осевыми каналами позволяет закрыть поток флюида с верхнего пласта, когда скважинный управляемый электромеханический клапан находится в полностью открытом положении, при котором поток флюида идет только с нижнего пласта через кольцевое пространство, образованное между наружным и внутренним корпусами клапана.

Кольцевое пространство, образованное между наружным и внутренним корпусами клапана, радиальные отверстия в наружном корпусе клапана, и поршень с осевыми каналами позволяют открыть потока флюида верхнего и нижнего пластов, когда скважинный управляемый электромеханический клапан находится в частично открытом положении, при котором поток флюида идет одновременно с верхнего и нижнего пластов.

На фиг.1 приведена схема скважинного управляемого электромеханического клапана в закрытом положении.

На фиг.2 приведена схема скважинного управляемого электромеханического клапана в частично открытом положении.

На фиг.3 приведена схема скважинного управляемого электромеханического клапана в полностью открытом положении.

Скважинный управляемый электромеханический клапан состоит из наружного корпуса 1, в котором расположена герметизирующая пара, состоящая из седла 2 с управляемым клапаном 3, выполненным в виде сферической поверхности, плотно прилегающей к седлу 2, которое неподвижно установлено в наружном корпусе 1. Управляемый клапан 3, шток 4, винт 5, винтопара с гайкой 6, шарикоподшипники 7, микроэлектродвигатель с редуктором 8 находятся во внутреннем корпусе 9 скважинного управляемого электромеханического клапана. Внутренний корпус 9 расположен внутри наружного корпуса 1, между ними образовано кольцевое пространство 10 для потока флюида нижнего пласта. Верхняя часть штока 4 жестко соединена с поршнем 11, расположенном в наружном корпусе 1.

Привод (на фиг. не показан) с блоком управления 12 размещен снаружи внутреннего корпуса 9. Блок управления 12 герметично соединен с кабелем 13. Блок управления 12 оснащен датчиками давления 14 и температуры 15, которые контактирует с потоком флюида в кольцевом пространстве 10. В наружном корпусе 1 имеются радиальные каналы 16, сообщающие затрубное пространство с полостью А, размещенной под поршнем 11.

В штоке 4 расположены осевой 17 и радиальные 18, 19 каналы, которые сообщают полость А под поршнем 11 с выравнивающей полостью Б, размещенной над компенсатором давления (на фиг. не показан). В поршне 11 расположены осевые каналы 20, сообщающие полость А с полостью насосно-компрессорных трубах (НКТ) (на фиг. не показана). Во внутреннем корпусе 9 расположен компенсатор давления, состоящий из поршня 21 и заполненной маслом полости В.

Полость А, размещенная под поршнем 11, выравнивающая полость Б и заполненная маслом полость В служат для выравнивания сил, действующих на шток 4 со стороны флюида верхнего и нижнего пластов.

Предлагаемый скважинный управляемый электромеханический клапан  работает следующим образом.

В скважину на НКТ спускается УЭЦН (на фиг. не показаны). При спуске скважинный управляемый электромеханический клапан находится в полностью открытом положении (фиг.3) и устанавливается на заданной глубине.

Со станции управления (на фиг. не показана), размещенной на устье, по кабелю 13 подается команда на блок управления 12 привести скважинный управляемый электромеханический клапан в одно из трех положений: закрытое, частично открытое или полностью открытое. Микроэлектродвигатель с редуктором 8 через винтопару с гайкой 6 и шарикоподшипники 7, передает осевое перемещение управляемому клапану 3 для выполнения команды привести скважинный управляемый электромеханический клапан в одно из трех положений.

При закрытом положении скважинного управляемого электромеханического клапана (фиг.1.) нижний пласт полностью изолирован герметизирующей парой. Флюид с верхнего пласта из затрубного пространства поступает через радиальные каналы 16 наружного корпуса 1 в полость А, далее через каналы 20 поршня 11 поступает на прием ЭЦН и далее в НКТ (на фиг. не показана), при этом датчики давления 14 и температуры 15 фиксируют показания нижнего пласта. Блок управления 12 передает показания датчиков давления 14 и температуры 15 нижнего пласта в режиме онлайн через кабель 13 на станцию управления (на фиг. не показана), размещенную на устье.

При частично открытом положении скважинного управляемого электромеханического клапана (фиг.2) флюид с верхнего пласта из затрубного пространства поступает через радиальные каналы 16 наружного корпуса 1 в полость А, далее через каналы 20 поршня 11 поступает на прием ЭЦН и далее в НКТ (на фиг. не показана). Флюид с нижнего пласта проходит по кольцевому пространству 10, далее через полость А и каналы 20 поршня 11 поступает на прием ЭЦН и далее в НКТ (на чертежах не показаны). Блок управления 12 передает показания датчиков давления 14 и температуры 15 нижнего пласта в режиме онлайн через кабель 13 на станцию управления (на фиг. не показана), размещенную на устье.

При полностью открытом положении скважинного управляемого электромеханического клапана (фиг.3) флюид с нижнего пласта проходит по кольцевому пространству 10 через полость А и каналы 20 и поступает на прием ЭЦН и далее в НКТ (на фиг. не показана). Флюид с верхнего пласта не поступает, т.к. отверстия 16 наружного корпуса 1 закрыты поршнем 11. Блок управления 12 передает показания датчиков давления 14 и температуры 15 нижнего пласта в режиме онлайн через кабель 13 на станцию управления (на фиг. не показана), размещенную на устье.

Таким образом, управляемый электромеханический клапан обеспечивает передачу показаний нижнего пласта в режиме онлайн на станцию управления; выравнивание сил, действующих на шток со стороны флюида верхнего и нижнего пластов; открытие потока флюида с верхнего пласта, когда скважинный управляемый электромеханический клапан находится в закрытом положении; закрытие потока флюида с верхнего пласта, когда скважинный управляемый электромеханический клапан находится в открытом положении; открытие потока флюида верхнего и нижнего пластов, когда скважинный управляемый электромеханический клапан находится в частично открытом положении.