[go: up one dir, main page]

RU2780756C1 - Check valve for electric submersible pumps for high-rate wells - Google Patents

Check valve for electric submersible pumps for high-rate wells Download PDF

Info

Publication number
RU2780756C1
RU2780756C1 RU2021119332A RU2021119332A RU2780756C1 RU 2780756 C1 RU2780756 C1 RU 2780756C1 RU 2021119332 A RU2021119332 A RU 2021119332A RU 2021119332 A RU2021119332 A RU 2021119332A RU 2780756 C1 RU2780756 C1 RU 2780756C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
valve
ball
check valve
seat
figured
Prior art date
Application number
RU2021119332A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Иванович Корабельников
Наталья Александровна Аксенова
Анатолий Михайлович Киреев
Александр Михайлович Корабельников
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский индустриальный университет" (ТИУ)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский индустриальный университет" (ТИУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский индустриальный университет" (ТИУ)
Application granted granted Critical
Publication of RU2780756C1 publication Critical patent/RU2780756C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: valves.
SUBSTANCE: non-return valve is designed as an accessory device in the installation of an electric centrifugal pump for the production of products from wells, mainly with large production capabilities (≥500 m3/day). The check valve is equipped with top and bottom subs, and in the top sub a shaped sleeve is installed with the possibility of replacement for a fixed grip of the ball-valve, and in the lower sub with the possibility of replacement there is a seat made of abrasive-resistant material with a wide passage opening, the lower end of the shaped sleeve facing into side of the saddle, equipped with at least four toothed modules to ensure unimpeded entry and exit of the ball-valve into the internal cavity of the figured cup, as well as to keep it from self-oscillations in the figured cup, and the ball-valve is made of abrasion-resistant ceramic material. In the upper part of the figured cup there are lateral through radial channels, at least three, at an angle α=30°…45° to the axis of rotation of the figured cup. Above the landing seat on the lower sub, a conical chamfer is made at an angle β=30°…45° to the axis of rotation of the check valve body.
EFFECT: invention is aimed at reducing high-speed flows in the internal cavity of the valve, eliminating zones of flow turbulence, expanding the cross-sectional area of hydraulic passages, protecting the shut-off element from direct abrasive action of the pumped product.
2 cl, 5 dwg

Description

Обратный клапан установок электроцентробежных насосов (ОК) относится к изделиям нефтяного машиностроения и предназначен в качестве комплектующего устройства к установке электроцентробежного насоса (УЭЦН) для добычи скважинной продукции (газо-жидкостной смеси) преимущественно из высокодебитных скважин (≥500 м3/сут).The non-return valve of electric submersible pumps (OK) units refers to oil engineering products and is intended as an accessory device for an electric submersible pump (ESP) for the production of well products (gas-liquid mixture) mainly from high-rate wells (≥500 m 3 /day).

В последнее десятилетие для интенсификации притока из скважин их бурят с горизонтальным окончанием стволов, а также проводят многостадийный гидравлический разрыв продуктивного пласта. Эксплуатация этих скважин требует применения внутрискважинного оборудования повышенной эксплуатационной надежности для всех составных частей этого оборудования, в том числе электроцентробежных насосов (ЭЦН), погружного электродвигателя (ПЭД) и обратного клапана (ОК), включаемых в состав внутрискважинного оборудования. Обратный клапан должен выполнять целый ряд важных функций: сохранять работоспособное состояние при опрессовке спускаемых в скважину насососно-компрессорных труб (НКТ); предупреждать слив скважинной продукции из НКТ при остановках УЭЦН; облегчать повторный или периодический запуск УЭЦН; исключать эффект «турбинного» вращения вала электроцентробежного насоса.In the last decade, to stimulate the inflow from wells, they are drilled with a horizontal end of the wells, and multi-stage hydraulic fracturing of the productive formation is also carried out. The operation of these wells requires the use of downhole equipment of increased operational reliability for all components of this equipment, including electric submersible pumps (ESP), submersible electric motor (SEM) and check valve (OK), included in the downhole equipment. The non-return valve must perform a number of important functions: to maintain working condition during pressure testing of tubing and compressor pipes (tubing pipes) lowered into the well; prevent the discharge of well products from the tubing during ESP shutdowns; facilitate repeated or periodic start-up of the ESP; eliminate the effect of "turbine" rotation of the shaft of the electric centrifugal pump.

При использовании известных и освоенных нефтяным машиностроением ОК, их применение в скважинах, оборудованных УЭЦН, сопряжена с их частыми отказами, которые вызванны эрозией мест уплотнений и сужений в проходных каналах высокоскоростными потоками откачиваемой продукции и утраты герметизирующей способности. В составе откачиваемой из скважины жидкости (флюиды пласта) содержатся механические примеси, ускоряющие процесс абразивной эрозии мест уплотнений. Особенно это проявляется при эксплуатации УЭЦН в высокодебитных скважинах (≥500 м3/сут). В этой связи техническая задача по созданию ОК для высокодебитных скважин, оборудованных УЭЦН, с увеличенным ресурсом безотказной работы, является актуальной и подлежит рассмотрению, с учетом разрабатываемых инновационных технических и технологических решений.When using well-known and mastered by oil engineering OK, their use in wells equipped with ESPs is associated with their frequent failures, which are caused by erosion of seals and constrictions in through channels by high-speed flows of pumped products and loss of sealing ability. The composition of the liquid pumped out of the well (formation fluids) contains mechanical impurities that accelerate the process of abrasive erosion of seals. This is especially evident during the operation of ESPs in high-rate wells (≥500 m 3 /day). In this regard, the technical task of creating OK for high-rate wells equipped with ESPs with an increased uptime is relevant and subject to consideration, taking into account the developed innovative technical and technological solutions.

При проведении патентных исследований известных технических решений по ОК выявлены многочисленные решения клапанов, которые разработаны, описаны в технической литературе и используюся в различных отраслях промышленности, где по техническим условиям работы требуется автоматическое предупреждение обратных перетоков технологических жидкостей и газов в различных гидравлических системах. В качестве запорных элементов в ОК в нефтяной промышленности известны тарельчатые, лепестковые и шаровые, которые требуют соответствующего анализа и их технической оценки.When conducting patent studies of well-known technical solutions for OK, numerous valve solutions have been identified that are developed, described in the technical literature and used in various industries where, according to the technical conditions of work, automatic prevention of backflows of process liquids and gases in various hydraulic systems is required. As shut-off elements in OK in the oil industry, poppet, petal and ball are known, which require an appropriate analysis and their technical evaluation.

Известен обратный клапан установки электроцентробежного насоса (патент на полезную модель №152084 МПК F16K 15/00) [1], тарельчатого типа. При простоте конструктивного исполнения тарельчатый вариант обратного клапана не может быть длительно использован в высокодебитных скважинах с УЭЦН, в связи с влиянием большого лобового сопротивления тарелки-клапана и интенсивного проявления абразивной эрозии тарелки и внутренней полости клапана.Known check valve installation electric centrifugal pump (utility model patent No. 152084 IPC F16K 15/00) [1], poppet type. With the simplicity of the design, the poppet version of the check valve cannot be used for a long time in high-rate wells with ESP, due to the influence of the large frontal resistance of the poppet-valve and the intense manifestation of abrasive erosion of the poppet and the internal cavity of the valve.

Известен обратный клапан (патент на изобретение №2544930 МПК Е21В 34/06) [2], который выполнен с возможностью промывки полости электроцентробежного насоса от твердых осадков. Он имеет запорное устройство в виде тарельчатого клапана. Это техническое решение не исключает ускоренное развитие эрозионных процессов уплотнительных элементов обратного клапана в условиях повышенного содержания мехпримесей (≥1 г/л) и дебитах скважины (≥500 м3/сут).Known check valve (patent for invention No. 2544930 IPC E21V 34/06) [2], which is made with the possibility of flushing the cavity of the electric centrifugal pump from solid precipitation. It has a shut-off device in the form of a poppet valve. This technical solution does not exclude the accelerated development of erosion processes of the sealing elements of the check valve in conditions of high content of mechanical impurities (≥1 g/l) and well flow rates (≥500 m 3 /day).

Известен обратный клапан УЭЦН (патент на изобретение №2187709 МПК F04D 15/02) [3]. Данный ОК рекомендован для установки в верхней секции электроцентробежного насоса (ЭЦН) в его модуле-головке. При добыче нефти с большим содержанием попутного газа (газо-жидкостной смеси) такое техническое решение приводит к осложнениям на этапе запуска ЭЦН в работу так как закрытый обратный клапан, размещенный в непосредственной близости от рабочих колес ЭЦН, приводит к скоплению газа в полости рабочих секций ЭЦН, что препятствует его штатному запуску в работу после вынужденных остановок.Known check valve ESP (patent for invention No. 2187709 IPC F04D 15/02) [3]. This OK is recommended for installation in the upper section of the electric centrifugal pump (ESP) in its head module. When oil is produced with a high content of associated gas (gas-liquid mixture), such a technical solution leads to complications at the stage of starting the ESP into operation, since the closed check valve located in the immediate vicinity of the ESP impellers leads to gas accumulation in the cavity of the ESP working sections , which prevents its regular start-up after forced shutdowns.

Наиболее близким по технической сущности решением выявлен обратный клапан для УЭЦН (патент на изобретение RU №2379566 МПК F16K 15/04) [4], принятый за прототип, включающий корпус, седло, клапанную клетку, запорный элемент-шар, установленный в ограничителе с коническими отверстиями, переходящие в конусные отверстия для увеличения проходного отверстия.The closest solution in terms of technical essence was a non-return valve for ESPs (patent for the invention RU No. 2379566 IPC F16K 15/04) [4], taken as a prototype, including a body, a seat, a valve cage, a shut-off element-ball installed in a restrictor with conical holes, turning into conical holes to increase the through hole.

Недостатком обратного клапана по выявленному патенту является интенсивный абразивный износ (эрозия), как запорного элемента-шара, расположенного в непосредственной близости от седла и недостаточным диаметром проходного отверстия, так и ограниченных по площади живого сечения каналов для пропуска откачиваемой из скважины жидкости в клапанной клетке. Ресурс работы известного ОК, при эксплуатаци в высокодебитных скважинах с повышенным содержанием механических примесей (≥1 г/л), существенно снижен и не устраивает нефтяников, с учетом современных техических требований.The disadvantage of the check valve according to the identified patent is intense abrasive wear (erosion), both of the shut-off element-ball located in the immediate vicinity of the seat and insufficient diameter of the passage hole, and the channels limited in terms of the area of the active section for passing the fluid pumped out of the well in the valve cage. The service life of the well-known OK, when operating in high-rate wells with a high content of mechanical impurities (≥1 g/l), is significantly reduced and does not suit oilmen, taking into account modern technical requirements.

В этой связи задачей предлагаемого технического решения является увеличение ресурса работы обратного клапана с УЭЦН в высокодебитных скважинах (≥500 м3/сут), в условиях откачки скважинной продукции (газожидкостной смеси), с содержанием механических примесей (≥1 г/л).In this regard, the objective of the proposed technical solution is to increase the service life of the check valve with ESP in high-yield wells (≥500 m 3 /day), in the conditions of pumping out well products (gas-liquid mixture), with a content of mechanical impurities (≥1 g/l).

Поставленная цель достигается конструкторско-технологическими приемами, с использованием технических решений изобретательского уровня.The goal is achieved by design and technological methods, using technical solutions of the inventive step.

Обратный клапан установок электроцентробежных насосов для высокодебитных скважин, включает цилиндрический корпус с присоединительными резьбами и размещенными в нем посадочным седлом с шар-клапаном, при этом обратный клапан снабжен верхним и нижним переводниками, в верхнем переводнике, соосно с корпусом обратного клапана, установлен, с возможностью замены, фигурный стакан, для неподвижного охвата шара-клапана, а в нижнем переводнике, с возможностью замены, установлено посадочное седло из абразивостойкого материала, с широким проходным отверстием, при этом, нижний торец фигурного стакана, обращенный в сторону седла, снабжен, по меньшей мере четырьмя зубчатыми модулями для обеспечения возможности беспрепятственного входа и выхода шара-клапана во внутреннюю полость фигурного стакана, а также удержания его от автоколебаний в фигурном стакане, а шар-клапан выполнен из абразивостойкого керамического материала, в верхней части фигурного стакана выполнены боковые сквозные радиальные каналы, не менее трех, под углом α=30°…45° к оси вращения фигурного стакана, причем, выше посадочного седла на нижнем переводнике, выполнена коническая фаска под углом β=30°…45° к оси вращения корпуса обратного клапана. Зубчатые модули выполнены с равномерным шагом, а высота зуба h выполнена из соотношения h=(0,5…0,8)⋅D1, где D1 - диаметр шара-клапана.The check valve of installations of electric submersible pumps for high-rate wells, includes a cylindrical body with connecting threads and a seat with a ball valve placed in it, while the check valve is equipped with top and bottom subs, in the top sub, coaxially with the body of the check valve, it is installed, with the possibility replacement, a shaped cup, for a fixed grip of the ball-valve, and in the lower sub, with the possibility of replacement, there is a seat made of abrasive-resistant material, with a wide through hole, while the lower end of the shaped cup, facing the saddle, is equipped with at least at least four toothed modules to ensure unhindered entry and exit of the ball-valve into the internal cavity of the figured cup, as well as to keep it from self-oscillations in the figured cup, and the ball-valve is made of abrasive-resistant ceramic material, side through radial channels are made in the upper part of the figured cup , not less than three, at an angle α=30°...45° to the axis of rotation of the shaped cup, and, above the seat on the lower sub, a conical chamfer is made at an angle β=30°...45° to the axis of rotation of the check valve body. The gear modules are made with a uniform pitch, and the height of the tooth h is made from the ratio h=(0.5...0.8)⋅D 1 , where D 1 is the ball-valve diameter.

Обратный клапан установок электроцентробежных насосов для высокодебитных скважин по настоящему техническому решению показан на фигурах (фиг. 1-5):Check valve installations of electric centrifugal pumps for high-rate wells according to the present technical solution is shown in the figures (Fig. 1-5):

на фиг. 1 приведена схема обратного клапана для УЗЦН в исходном состоянии;in fig. 1 shows a diagram of a check valve for an ultrasonic pump in the initial state;

на фиг. 2 показан разрез сечения обратного клапана на участке радиальных каналов;in fig. 2 shows a cross section of a check valve in the area of the radial channels;

на фиг. 3 показана схема обратного клала в рабочем режиме ЭЦН;in fig. 3 shows a diagram of the reverse laying in the operating mode of the ESP;

на фиг. 4 показана схема фигурного стакана;in fig. 4 shows a diagram of a figured glass;

на фиг. 5 показан разрез фигурного стакана на участке зубчатого модуля.in fig. 5 shows a section of the shaped cup in the section of the gear module.

Обратный клапан установок электроцентробежных насосов для высокодебитных скважин (фиг. 1…5) включает: цилиндричесий корпус 1, снабженный верхним 2 и нижним 3 присоединительными переводниками, которые оснащены, соответственно, резьбами Р3>Р4, на внутренней поверхности переводника 3 выполнена фаска под углом β=30°…45° (фиг. 3), вызванная необходимостью снижения коэффициента местного гидравлического сопротивления, и снижения турбулизаци потока перекачиваемой газожидкостной смеси, подтвержденная исследованиями [6] (Приложение 3). В верхнем переводнике 2, соосно с корпусом клапана, установлен, с возможностью замены (например, с использованием резьбового соединения), фигурный стакан 4, для охвата и размещения при работающем ЭЦН шара-клапана 5. В нижнем переводнике 3, с возможностью замены, установлено посадочное седло 6 из абразивостойкого материала, например, из стали 95X18, с широким проходным отверстием диаметром (dc), обеспечивающим герметичный контакт с шаром-клапаном 5. На фигурном стакане 4 выполнены радиальные каналы 7, под углом β=30°…45°, способствующим снижению коэффициента местного гидравлического сопротивления и эрозии в радиальных каналах при движении откачиваемой скважиной продукции (газо-жидкостной смеси).The check valve of installations of electric centrifugal pumps for high-rate wells (Fig. 1 ... 5) includes: a cylindrical body 1, equipped with an upper 2 and a lower 3 connecting subs, which are equipped, respectively, with threads P 3> P 4 , on the inner surface of the sub 3 a chamfer is made under angle β=30°...45° (Fig. 3), caused by the need to reduce the coefficient of local hydraulic resistance, and reduce the turbulence of the flow of the pumped gas-liquid mixture, confirmed by studies [6] (Appendix 3). In the upper sub 2, coaxially with the valve body, a shaped cup 4 is installed, with the possibility of replacement (for example, using a threaded connection), to cover and accommodate the ball-valve 5 when the ESP is running. In the lower sub 3, with the possibility of replacement, seat 6 made of abrasive-resistant material, for example, steel 95X18, with a wide through hole with a diameter (dc) that ensures tight contact with the ball-valve 5. Radial channels 7 are made on the shaped cup 4, at an angle β=30°...45°, contributing to a decrease in the coefficient of local hydraulic resistance and erosion in the radial channels during the movement of the products pumped out by the well (gas-liquid mixture).

Нижний торец 9 фигурного стакана 4, обращенный в сторону седла 6, снабжен зубчатыми модулями 10 (не менее четырех), выполненных с равномерным шагом S, и высотой h=(0,5...0,8)⋅D1 (вид А на фиг. 5). Для предупреждения абразивного износа и автоколебаний шара-клапана 5 в фигурном стакане 4 предусмотрена его фиксация на фаске 7. Наружный диаметр (Dн) обратного клапана выполнен равным наружному диаметру электроцентробежного насоса, входящего в качестве основного комплектующего узла УЭЦН. Выполнение этого условия необходимо для беспрепятственного спуска в скважину компоновки УЭЦН, которая оснащена кабельной линией, проложенной и закрепленной хомутами от верхней головки погружного электродвигателя (ПЭД) до устьевой арматуры по наружной поверхности ЭЦН и НКТ (на фиг. не показано).The lower end 9 of the figured cup 4, facing the saddle 6, is equipped with gear modules 10 (at least four), made with a uniform step S, and a height h=(0.5...0.8)⋅D 1 (view A in Fig. 5). To prevent abrasive wear and self-oscillations of the ball-valve 5 in the figured cup 4, it is fixed on the chamfer 7. The outer diameter (Dн) of the check valve is made equal to the outer diameter of the electric centrifugal pump, which is the main component of the ESP unit. The fulfillment of this condition is necessary for the unhindered descent into the well of the ESP assembly, which is equipped with a cable line laid and fixed with clamps from the upper head of the submersible electric motor (SEM) to the wellhead fitting along the outer surface of the ESP and tubing (not shown in Fig.).

Внутренний диаметр (Dв, фиг. 2) корпуса 1 обратного клапана выполнен с учетом соблюдения прочностных характеристик тела корпуса, обеспечивающего равнопрочность конструкции ОК на всех этапах эксплуатации УЭЦН.The inner diameter (Dv, Fig. 2) of the body 1 of the check valve is made taking into account the compliance with the strength characteristics of the body of the body, ensuring equal strength of the OK design at all stages of operation of the ESP.

Например, добывающую скважину с внутренним диаметром эксплуатационной колонны (ЭК) 148,3 мм и потенциальным дебитом 500 м3/сут необходимо оборудовать УЭЦНМ6-800. Наружный диаметр ЭЦН по ТУ 26-06-1485-96 выполнен в диаметре - 114 мм. Следовательно, оптимальный наружный диаметр (Dн) ОК должен быть равен 114 мм. А внутренний диаметр Dв корпуса 1 ОК, после проведения прочностных расчетов (не приводятся), может быть выполнен диаметром 98 мм. Для выбранного примера комплектации УЭЦН с ОК используем шар из нитрида кремния (Si3N4) диаметром (D1) 60 мм, обеспечивающего оптималиное распределение площадных каналов для прохода откачиваемой из скважины газожидкостной смеси во внутренней полости корпуса ОК. А диаметр входного отверстия (dc) принимаем, например, из соотношения: dc=Sin60°⋅D1; или, для нашего примера, dc=0,866⋅60≈52 мм.For example, a production well with an inner diameter of the production string (EC) of 148.3 mm and a potential flow rate of 500 m 3 /day must be equipped with UETsNM6-800. The outer diameter of the ESP according to TU 26-06-1485-96 is 114 mm in diameter. Therefore, the optimal outer diameter (Dн) OK should be equal to 114 mm. And the inner diameter D in the body 1 OK, after carrying out strength calculations (not given), can be made with a diameter of 98 mm. For the selected example of the configuration of the ESP with OK, we use a ball of silicon nitride (Si3N4) with a diameter (D 1 ) of 60 mm, which provides an optimal distribution of areal channels for the passage of the gas-liquid mixture pumped out of the well in the internal cavity of the OK housing. And the diameter of the inlet (dc) is taken, for example, from the ratio: dc=Sin60°⋅D 1 ; or, for our example, dc=0.866⋅60≈52 mm.

Для подъема шара-клапана 5 в верхнее положение необходимо, чтобы произведение миделевого сечения (Мсш) шара-кларана 5, связанное с его диаметром D1, и перепада давления ΔР (фиг. 3) были больше массы шара-клапана 5. Если Мсш=π/4⋅(D1)2, а объем шара-клапана V1=4/3⋅π⋅(D1/2)3, тогда Мсш⋅ΔР≥V1⋅ρ; в этом случае ΔР≥V1⋅ρ/Мсш,To raise the ball-valve 5 to the upper position, it is necessary that the product of the midsection (Mssh) of the ball-claran 5, associated with its diameter D 1 , and the pressure drop ΔР (Fig. 3) be greater than the mass of the ball-valve 5. If Mssh= π/4⋅(D 1 ) 2 , and the volume of the ball-valve V 1 =4/3⋅π⋅(D 1 /2) 3 , then Мсш⋅ΔР≥V 1 ⋅ρ; in this case ΔР≥V 1 ⋅ρ/Мсш,

где: ρ - плотность материала шара-клапана, (для нитрида кремния ρ=3,21 г/см3;where: ρ is the density of the ball-valve material, (for silicon nitride ρ=3.21 g/cm 3 ;

Для примера: D1-60 мм=6 см; Определим требуемый перепад давления (подпор для шара) ΔР; Для этого определим объем шара V1=4/3⋅3,1415⋅(6/2)3=113,1 см3; Масса шара М1=113,1⋅3,21=363 г. Миделево сечение Мсш=3,1415/4⋅62=28,27 см2. Тогда искомый перепад давления ΔР должен быть не менее ΔР=363/28,27=12,84 г/см2=0,0128 кг/см2=1259 Па ≥ 0,001259 МПа.For example: D 1 -60 mm = 6 cm; Let's determine the required pressure drop (support for the ball) ΔР; To do this, we determine the volume of the ball V 1 =4/3⋅3.1415⋅(6/2) 3 =113.1 cm 3 ; Ball mass М 1 =113.1⋅3.21=363 g. Midsection Mssh=3.1415/4⋅6 2 = 28.27 cm2. Then the required pressure drop ΔР must be at least ΔР=363/28.27=12.84 g/cm 2 = 0.0128 kg/cm 2 = 1259 Pa ≥ 0.001259 MPa.

Для оценки размера 4-х радиальных каналов, например, квадратного сеченя в фигурном стакане и создания требуемого перепада давления ΔР, воспользуемся приближенной формулой (7.4) из [5]. Она записана, какTo estimate the size of 4 radial channels, for example, a square section in a figured glass and create the required pressure drop ΔР, we use the approximate formula (7.4) from [5]. She is recorded as

Figure 00000001
Figure 00000001

где: Q - расход жидкости, л/с; μ=0,9 - коэффициент расхода сопла (канала); f - площадь сечения сопел (каналов), см2; ΔР - перепад давления, 10 МПа.where: Q - fluid flow rate, l/s; μ=0.9 - nozzle (channel) flow rate; f - cross-sectional area of the nozzles (channels), cm 2 ; ΔP - pressure drop, 10 MPa.

Для нашего случая из приведенной выше формулы

Figure 00000002
Если принять отбор жидкости из скважины в объеме Q=500 м3/сутки=5,8 л/с и подставив известные значения, определим общую площадь (foб) для четырех радиадьных каналов, получим
Figure 00000003
Определим площадь f квадратного сечения для одного радиального канала. Для этого поделим foб на 4. В итоге получим f=40,7/4=10,17 см2 со стороной квадрата равного 3,2 см. Следовательно, для подъема шара-клапана 5 необходимо обеспечить размер четырех каналов, площадь каждого из них должна быть около 10 см2, что конструктивно, для принятого типоразмера, вполне допустимо.For our case, from the above formula
Figure 00000002
If we accept the withdrawal of fluid from the well in the volume Q=500 m 3 /day=5.8 l/s and substituting the known values, we determine the total area (fob) for four radial channels, we get
Figure 00000003
Let us determine the area f of the square section for one radial channel. To do this, we divide fob by 4. As a result, we get f = 40.7 / 4 = 10.17 cm 2 with a side of the square equal to 3.2 cm. Therefore, to lift the ball valve 5, it is necessary to ensure the size of four channels, the area of each should be about 10 cm 2 , which is constructively, for the accepted standard size, quite acceptable.

Обратный клапан установок электроцентробежных насосов для высокодебитных скважин работает следующим следующим образом.Check valve installations of electric centrifugal pumps for high-rate wells works as follows.

Работа с обратным клапаном начинается с включения его в компоновку УЭЦН в составе спускаемых НКТ путем свинчивания по резьбовым соединениям P1 и Р2 (фиг. 1) с насосно-компрессорными трубами (на фиг. не показано). В процессе спуска УЭЦН на НКТ в скважину, по действующим в нефтяной промышленности регламентам, выполняют периодическую опрессовку НКТ, при проведении которой выявляют не отвечающие требованиям герметичности НКТ и производят их отбраковку.Work with the check valve begins with its inclusion in the layout of the ESP as part of the lowered tubing by screwing on threaded connections P 1 and P 2 (Fig. 1) with tubing (not shown in Fig.). In the process of lowering the ESP on the tubing into the well, according to the regulations in force in the oil industry, they perform periodic pressure testing of the tubing, during which they identify tubing that does not meet the tightness requirements of the tubing and produce their rejection.

При не работающем ЭЦН шар-клапан 5 занимает крайнее нижнее положение (фиг. 1) обеспечивая герметизирующий контакт с седлом 6. Это условие выполняться даже и в тех случаях, когда ствол скважины на интервале установки ОК будет иметь горизонтальное положение. В этом случае шар-клапан 4 закроет отверстие в седле 6 гидростатическим давлением (перетоком) в полости насосно-компрессорных труб, расположенных выше ОК, и будет готов к выполнению всех возложенных на него функций.When the ESP is not operating, the ball-valve 5 occupies the lowest position (Fig. 1) providing sealing contact with the seat 6. This condition is met even in those cases when the wellbore at the installation interval of the OK will have a horizontal position. In this case, the ball-valve 4 will close the hole in the seat 6 with hydrostatic pressure (overflow) in the cavity of the tubing located above the OK, and will be ready to perform all the functions assigned to it.

При работающем ЭЦН шар-клапан 5, за счет движения жидкости и действующего перепада давления ΔР (фиг. 3), вызванного местным гидравлическим сопротивлением в радиальных каналах 7, занимает крайнее верхнее положение, упираясь в коническую фаску 8, которая предусмотрена во внутренней полости фигурного стакана 4. В этом случае движение откачиваемой жидкости (для понимания процесса) показано линиями тока (а).When the ESP is running, the ball-valve 5, due to the movement of the liquid and the existing pressure drop ΔР (Fig. 3), caused by local hydraulic resistance in the radial channels 7, occupies the uppermost position, abutting against the conical chamfer 8, which is provided in the internal cavity of the figured glass 4. In this case, the movement of the pumped liquid (for understanding the process) is shown by streamlines (a).

Приведенные расчеты подтверждают возможность реализации настоящего технологического решения в части того, что шар-клапан 5, в ОК при работающем ЭЦН будет подниматься в полости фигурного стакана 4 и займет неподвижное состояние опираясь на фаску 8, что исключает его износ в потоке газо-жидкостной смеси.The above calculations confirm the possibility of implementing this technological solution in terms of the fact that the ball-valve 5, in the OK, when the ESP is running, will rise in the cavity of the figured cup 4 and will take a stationary state leaning on the chamfer 8, which excludes its wear in the gas-liquid mixture flow.

Технический результат связан с достижением кратного по времени увеличения ресурса работы ОК конструкторско-технологическими приемами, с использованием новых технических решений, направленных на: снижение скоростных потоков во внутренней полости клапана; устранение зон турбулизации потока откачиваемой газо-жидкостной (смеси) продукции скважины; расширение площади сечения проходных гидравлических каналов; защиту запорного элемента - шара от прямого абразивного воздействия откачиваемой продукцией; применение абразивостойких материалов.The technical result is associated with the achievement of a time-multiple increase in the service life of OK by design and technological methods, using new technical solutions aimed at: reducing high-speed flows in the internal cavity of the valve; elimination of zones of turbulence in the flow of pumped out gas-liquid (mixture) well production; expansion of the cross-sectional area of the through hydraulic channels; protection of the locking element - the ball from direct abrasive action of the pumped products; use of abrasive resistant materials.

Предложенные и описанные технические решения в ОК, направленные на увеличение ресурса работы обратного клапана в компоновке внутрискважинного оборудования с УЭЦН для высокодебитных скважин, обладают приведенными в описании признаками новизны, существенными отличительными признаками, позволяющими выполнять поставленную задачу, а его конструктивное исполнение обладает необходимой простотой, обеспечивающей возможность освоения производства и применения в нефтяной промышленности.The proposed and described technical solutions in the OK, aimed at increasing the service life of the check valve in the layout of downhole equipment with ESP for high-rate wells, have the signs of novelty given in the description, significant distinguishing features that allow performing the task, and its design has the necessary simplicity, providing the possibility of mastering the production and application in the oil industry.

Информационные источники:Information sources:

1. Патент на полезную модель №152084 МПК F16K 15/00.1. Utility model patent No. 152084 IPC F16K 15/00.

2. Патент на изобретение RU №2544930 МПК Е21В 34/06. Клапан обратный электроцентробежной установки и способ очистки фильтра на приеме насоса. БИ №8 2015.2. Patent for invention RU No. 2544930 IPC E21V 34/06. Check valve of an electric centrifugal installation and a method for cleaning the filter at the pump intake. BI No. 8 2015.

3. Патент на изобретение RU №2187709 МПК F04D 15/02 F04D 15/02. Обратный клапан скважинного электроцентробежного насоса. БИ №23 2000.3. Patent for invention RU No. 2187709 IPC F04D 15/02 F04D 15/02. Check valve of the borehole electric centrifugal pump. BI No. 23 2000.

4. Патент на изобретение RU №2379566 МПК F16K 15/04. Клапан обратный. БИ №2 2010.4. Patent for invention RU No. 2379566 IPC F16K 15/04. Check Valve. BI №2 2010.

5. Гроздев Б.П. и др. Эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений: Справочное пособие. - М.: Недра, 1988. 575 с.5. Grozdev B.P. Exploitation of gas and gas condensate fields: Reference manual. - M.: Nedra, 1988. 575 p.

6. Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления. М: Недра 1982.6. Altshul A.D. hydraulic resistance. M: Nedra 1982.

Пояснения к чертежам:Explanations for drawings:

1 - корпус клапана;1 - valve body;

2 - переводник верхний;2 - top sub;

3 - переводник нижний;3 - lower sub;

4 - стакан фигурный;4 - figured glass;

5 - шар-клапан;5 - ball valve;

6 - седло клапана;6 - valve seat;

7 - канал радиальный;7 - radial channel;

8 - фаска посадочная;8 - landing chamfer;

9 - нижний торец фигурного стакана;9 - lower end of the figured glass;

10 - зубчатый модуль короны;10 - tooth crown module;

а - линии тока газо-жидкостной продукции скважины;a - streamlines of gas-liquid production of the well;

Dн - наружный диаметр обратного клапана;Dn - outer diameter of the check valve;

Dв - внутренний диаметр обратного клапана;Dv - internal diameter of the check valve;

D1 - диаметр шара-клапана;D 1 - ball-valve diameter;

dc - диаметр седла шара-клапана;dc - ball valve seat diameter;

Р1, Р2 - присоединительные резьбы переводника с НКТ;R 1 , R 2 - connecting threads of the sub with tubing;

Р3, Р4 - присоединительные резьбы корпуса ОК с переводниками;R 3 , R 4 - connecting threads of the OK body with subs;

ΔР - перепад давления на шаре-клапане при работающем ЭЦН;ΔР - pressure drop across the ball-valve when the ESP is running;

h - линейный размер по высоте зуба модуля короны;h - linear size along the height of the crown module tooth;

S - размерный шаг зубов модуля короны;S is the dimensional step of the teeth of the crown module;

α - угол наклона входных отверстий окон радиальных каналов;α is the angle of inclination of the inlets of the windows of the radial channels;

β - угол наклона торцовой поверхности присоединительного переводника.β - angle of inclination of the end surface of the connecting sub.

Claims (3)

1. Обратный клапан установок электроцентробежных насосов для высокодебитных скважин, включающий цидиндрический корпус с присоединительными резьбами и размещенными в нем посадочным седлом с шаром-клапаном, отличающийся тем, что обратный клапан снабжен верхним и нижним переводниками, причем в верхнем переводнике соосно с корпусом обратного клапана установлен с возможностью замены фигурный стакан для неподвижного охвата шара-клапана, а в нижнем переводнике с возможностью замены установлено посадочное седло из абразивостойкого материала с широким проходным отверстием, нижний торец фигурного стакана, обращенный в сторону седла, снабжен по меньшей мере четырьмя зубчатыми модулями для обеспечения возможности беспрепятственного входа и выхода шара-клапана во внутреннюю полость фигурного стакана, а также удержания его от автоколебаний в фигурном стакане, а шар-клапан выполнен из абразивостойкого керамического материала, при этом в верхней части фигурного стакана выполнены боковые сквозные радиальные каналы, не менее трех, под углом α=30°…45° к оси вращения фигурного стакана, причем выше посадочного седла на нижнем переводнике выполнена коническая фаска под углом β=30°…45° к оси вращения корпуса обратного клапана.1. Check valve for installations of electric submersible pumps for high-rate wells, including a cylindrical body with connecting threads and a landing seat with a ball-valve placed in it, characterized in that the check valve is equipped with top and bottom subs, and in the top sub coaxially with the check valve body is installed with the possibility of replacing a shaped sleeve for a fixed grip of the ball-valve, and in the lower sub with the possibility of replacement, a seat made of abrasive-resistant material with a wide passage hole is installed, the lower end of the shaped sleeve, facing the side of the seat, is equipped with at least four gear modules to provide the possibility unobstructed entry and exit of the ball-valve into the internal cavity of the figured cup, as well as keeping it from self-oscillations in the figured cup, and the ball-valve is made of abrasive-resistant ceramic material, while in the upper part of the figured cup there are side through radii at least three channels, at an angle α=30°...45° to the axis of rotation of the shaped sleeve, and above the seat on the lower sub, a conical chamfer is made at an angle β=30°...45° to the axis of rotation of the check valve body. 2. Обратный клапан по п. 1, отличающийся тем, что зубчатые модули выполнены с равномерным шагом, а высота зуба h выполнена из соотношения h=(0,5…0,8)⋅D1,2. Check valve according to claim 1, characterized in that the gear modules are made with a uniform pitch, and the tooth height h is made from the ratio h=(0.5...0.8)⋅D 1 , где D1 - диаметр шара-клапана.where D 1 is the diameter of the ball valve.
RU2021119332A 2021-06-30 Check valve for electric submersible pumps for high-rate wells RU2780756C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2780756C1 true RU2780756C1 (en) 2022-09-30

Family

ID=

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117869632A (en) * 2023-12-01 2024-04-12 中国船舶集团有限公司第七〇三研究所 Check valve
RU238265U1 (en) * 2025-07-04 2025-10-23 Открытое акционерное общество "Бугульминский электронасосный завод" Check ball valve

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4691735A (en) * 1985-05-10 1987-09-08 Horton James B Plunger valve apparatus for oil well pump
RU2187709C2 (en) * 2000-10-02 2002-08-20 Открытое Акционерное Общество Акционерная нефтяная компания "Башнефть" Check valve for oil-well electrical centrifugal pump
RU2379566C1 (en) * 2008-05-27 2010-01-20 Алексей Валерьевич Антоневич Return valve
RU2544930C1 (en) * 2013-09-17 2015-03-20 Мурад Давлетович Валеев Return valve of electric centrifugal unit and cleaning method of filter at pump suction
RU152084U1 (en) * 2014-03-03 2015-05-10 Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Альметьевский государственный нефтяной институт" ELECTRIC CENTRIFUGAL PUMP INSTALLATION VALVE
WO2018231380A1 (en) * 2017-06-14 2018-12-20 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Pressurized seat check valve

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4691735A (en) * 1985-05-10 1987-09-08 Horton James B Plunger valve apparatus for oil well pump
RU2187709C2 (en) * 2000-10-02 2002-08-20 Открытое Акционерное Общество Акционерная нефтяная компания "Башнефть" Check valve for oil-well electrical centrifugal pump
RU2379566C1 (en) * 2008-05-27 2010-01-20 Алексей Валерьевич Антоневич Return valve
RU2544930C1 (en) * 2013-09-17 2015-03-20 Мурад Давлетович Валеев Return valve of electric centrifugal unit and cleaning method of filter at pump suction
RU152084U1 (en) * 2014-03-03 2015-05-10 Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Альметьевский государственный нефтяной институт" ELECTRIC CENTRIFUGAL PUMP INSTALLATION VALVE
WO2018231380A1 (en) * 2017-06-14 2018-12-20 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Pressurized seat check valve

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117869632A (en) * 2023-12-01 2024-04-12 中国船舶集团有限公司第七〇三研究所 Check valve
RU238265U1 (en) * 2025-07-04 2025-10-23 Открытое акционерное общество "Бугульминский электронасосный завод" Check ball valve

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9157297B2 (en) Pump-through fluid loss control device
CA3111943C (en) Sand fall-back prevention tools
US7744352B2 (en) Method for removing fluid from a well bore
US10316838B2 (en) Method and apparatus for preventing gas lock/gas interference in a reciprocating downhole pump
US7997335B2 (en) Jet pump with a centrifugal pump
NO339486B1 (en) METHOD OF OPERATING A GAS LIFT VALVE AND A COMPOSITION INCLUDING THE GAS LIFT VALVE
US5979553A (en) Method and apparatus for completing and backside pressure testing of wells
US10982514B2 (en) Tubing and annular gas lift
US11572760B2 (en) Modified sand fallback prevention tool
US8651191B2 (en) Slim hole production system and method
CA2860169A1 (en) Reciprocating subsurface pump
US6830441B1 (en) Valve for downhole pump
RU2780756C1 (en) Check valve for electric submersible pumps for high-rate wells
US20170016311A1 (en) Downhole gas separator apparatus
US4753577A (en) Fluid powered retrievable downhole pump
US20170191355A1 (en) Two-step artificial lift system and method
RU2734286C1 (en) Valve for liquid pumping into well
RU161651U1 (en) RETURN BALL VALVE
RU2835485C1 (en) Packer of inlet module of downhole pump with electric drive
US12055021B2 (en) Sand shield for protecting inverted electric submersible pump at shutdown
US11746620B2 (en) Injection valve, system and method
RU2846424C1 (en) Well drain valve
US11939991B2 (en) Sand protection device for downhole pump
RU2686128C1 (en) Check valve
RU183195U1 (en) VALVE RETURN UNIFIED