скважинный клапан-отсекатель

Формула изобретения

1. Скважинный клапан-отсекатель, содержащий корпус с неподвижным поршнем, уплотнительный элемент с отверстием и седлом, установленный между колонной скважины и корпусом, подвижный затвор, установленный с возможностью перекрытия отверстия в уплотнительном элементе и образующий с корпусом и поршнем герметичную рабочую камеру, гидравлически сообщенную с наземной системой управления, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде концентричных цилиндрических втулок, образующих камеру управления, гидравлически сообщенную с герметичной рабочей камерой, наземной системой управления и дополнительной рабочей камерой, образованной между корпусом и размещенной внутри него подвижной втулкой с седлом, установленной с возможностью перемещения вдоль оси корпуса, при этом в нижней части корпуса в герметичной полости, образованной между подвижной втулкой и переходником колонны, расположен подпружиненный тарельчатый затвор, установленный с возможностью взаимодействия с седлом подвижной втулки, а в верхней и нижней частях корпуса выполнены кольцевые проточки, снабженные пружинами возврата.

2. Клапан-отсекатель по п.1, отличающийся тем, что уплотнительный элемент выполнен в виде цилиндрической втулки с ребрами жесткости внутри и уплотняющими кольцами на внешней поверхности втулки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области эксплуатации подземных хранилищ газообразных и жидких углеводородов и предназначено для предотвращения выброса в атмосферу продуктов хранения при разгерметизации устья скважины.

Изобретение может быть использовано в нефтяной, газовой, химической и нефтеперерабатывающей промышленности.

Известно устройство для одновременного перекрытия эксплуатационных колонн подземных резервуаров, содержащее установленные в межтрубном и трубном пространстве рабочих колонн управляемые затворы, связанные контрольной трубкой с системой управления на поверхности земли [1] Однако использование резиновых уплотнительных элементов снижают надежность срабатывания затвора.

Известно устройство клапана-отсекателя для газовой скважины, содержащее корпус с осевым каналом и седлом; запорный орган выполнен в виде подпружиненной тарельчатой заслонки с узлом управления, включающим трехступенчатый поршень с осевым каналом, образующий с корпусом последовательно размещенные и гидравлически связанные между собой кольцевую и следящую камеры, герметизирующей втулкой с осевыми и продольными каналами, герметизирующей втулкой с осевыми и продольными каналами, связанными с кольцевой камерой [2]

Недостатками этого устройства являются:

отсутствие надежного автоматического перекрытия лифтовой колонны в широком диапазоне изменений рабочего давления и производительности отбора газа;

перекрытие только лифтовой колонны труб.

Наиболее близким к заявляемому является устройство клапана-отсекателя для газовой скважины, содержащее корпус с неподвижным поршнем, смонтированный на центральной колонне труб, подвижный затвор, образующий с корпусом герметичную рабочую полость, гидравлически связанную каналом с системой управления, размещенной на поверхности земли, буксы пакера с седлом в нижней части, установленной на центральной колонне [3]

Недостатками этого устройства являются:

незащищенность центральной колонны от выброса продукта;

необходимость создания больших усилий для герметизации буксы пакера;

возможность выхода из строя уплотнительных элементов пакера при спуске в скважину по необработанной поверхности обсадной колонны.

Решаемая задача заключается в повышении надежности предохранительного устройства, позволяющего осуществлять одновременное перекрытие межколонного и трубного пространств эксплуатационных колонн при возникновении аварийной ситуации на устье скважины.

Использование предлагаемого клапана-отсекателя при обустройстве подземных хранилищ газообразных и жидких углеводородов позволяет:

повысить надежность и безопасность их эксплуатации;

упростить конструкцию клапана-отсекателя;

обеспечить одновременное автоматическое перекрытие эксплуатационных колонн при аварийном падении давления на устье скважины;

проводить геофизические исследования в процессе эксплуатации хранилища.

Сущность изобретения выражается в том, что корпус скважинного клапана-отсекателя выполнен в виде концентрично расположенных цилиндрических втулок, образующих между собой камеру управления, гидравлически связанную с рабочей камерой, образованной между внешней поверхностью корпуса с неподвижным поршнем и подвижным затвором, наземной системой управления и дополнительной рабочей камерой, образуемой между внутренней поверхностью корпуса с неподвижным поршнем и подвижной втулки с дифференциальным поршнем и седлом в нижней части, причем подвижная втулка размещена внутри корпуса, в нижней части которого установлен подпружиненный тарельчатый затвора, взаимодействующий с седлом подвижной втулки, в верхней и нижней частях корпуса выполнены кольцевые проточки, внутри которых размещены пружины возврата, употнительный элемент выполнен в виде цилиндрической втулки с ребрами жесткости и седлом в нижней части, установленный на корпусе, выше подвижного затвора, причем на внешней поверхности смонтированы уплотнительные кольца.

На фиг. 1 представлен продольный разрез скважины с клапаном-отсекателем; на фиг. 2 уплотнительный элемент с седлом подвижного затвора для перекрытия межколонного пространства (2-ой вариант).

Клапан-отсекатеь устанавливается на глубине 10-15 м на центральной колонне труб 1 и включает корпус 2 с внешней и внутренней стенками, образующими герметичную камеру управления 3. Камера 3 связана в верхней части осевым каналом 4 при помощи трубопровода 5 с пультом управления, находящимся на поверхности земли. Подвижный затвор 6 и внешняя стенка корпуса 2 образуют рабочую камеру 7, герметичность которой обеспечивается уплотнительными кольцами 8, смонтированными на затворе 6, и кольцами 9 на неподвижном поршне 10 корпуса 2. Камера управления 3 через радиальное отверстие 11 во внешней стенке корпуса 2 гидравлически связана с рабочей камерой 7. На внешней стенке корпуса 2, выше подвижного затвора 6, смонтирована букса пакера 12, нижняя часть которой является седлом 13 затвора 6. Ниже поршня 10 подвижный затвор 6 образует с внешней стенкой корпуса 2 полость 14 с размещенной внутри ее пружиной сжатия 15.

Подвижная цилиндрическая втулка 16 с дифференциальным поршнем 17 образует с внутренней стенкой корпуса 2 дополнительную рабочую камеру 18, герметичность которой достигается при помощи уплотнительных колец 19, установленных на поршне 17, и колец 20 на внутренней поверхности корпуса 2. Внутренняя стенка корпуса 2 снабжена радиальным отверстием 21, образующим гидравлическую связь между камерой управления 3 и рабочей камерой 18. Подвижная втулка 16 выше поршня 17 образуется с внутренней стеной корпуса 2 полость 22, внутри которой установлена пружина сжатия 23. Нижняя часть подвижной втулки 16 снабжена седлом 24.

В нижней части корпуса 2 размещен подпружиненный тарельчатый затвор 25. Затвор установлен в герметичной полости, образуемой подвижной втулкой 16 в открытом положении и переходником 26 центральной колонны 1, герметизация при помощи резинового уплотнения 27.

Уплотнительный элемент (фиг. 2) выполнен в виде цилиндрической втулки 28 с ребрами жесткости 29 внутри ее и седла 30 в нижней части, герметизирующих колец 31 на внешней поверхности цилиндрической втулки.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Отбор природного газа может производиться по межтрубному пространству колонн 1-32 и по центральной колонне 1 одновременно, а также раздельно. В процессе эксплуатации рабочее давление в подземном резервуаре 33 изменяется от максимального рабочего до минимального буферного. В случае аварийной ситуации происходит резкое падение давления газа на устье скважины, что является импульсом для подачи рабочего агента (газ, жидкость) с поверхности земли по трубопроводу 5 в камеру управления 3.

Рабочий агент одновременно поступает через отверстия 11 и 21 в рабочие камеры 7 и 18, давит на подвижный затвор 6 и поршень 17 цилиндрической втулки 16, перемещая их вверх.

Под воздействием избыточного рабочего давления газа в камере 7 затвор 6 садится в седло 13, герметично перекрывая при этом межтрубное пространство колонн 1 и 32.

Принудительное перемещение цилиндрической втулки 16 осуществляется до тех пор, пока поршень 17 не достигнет упора во внешней стенке корпуса 2. Втулка 16, перемещаясь вверх, освобождает подпруижненный тарельчатый затвор 25, который под действием усилия пружины кручения и потока газа садится на седло 24, перекрывая центральную колонну 1. Усилия, действующие на подвижный затвор 6 и втулку 16, в момент закрытия затвора 25 невелики, так как подвижные детали перемещаются плавно, без гидравлического удара, за счет сжатия соответственно пружин 15 и 23. После ликвидации последствий аварийной ситуации и восстановления герметичности, на устье скважины создается избыточное давление, давление рабочего агента в камерах 3, 7 и 18 снижается до минимального. При этом подвижный затвор 6 и цилиндрическая втулка 16, тарельчатый затвор 25 под действием пружин сжатия 15 и 23 возвращаются в исходное рабочее положение.