Существует два типа клапанов-отсекателей, которые применяются на скважинах для предотвращения прорыва пластового флюида из скважины на поверхность при разгерметизации устьевого оборудования. Они разделяются по принципу управления:
- автоматический (скоростного управления)
- с дистанционным управлением
Клапан-отсекатель с автоматическим управлением предназначен для работы в условиях изменения скорости потока жидкости в процессе эксплуатации. Он должен автоматически закрываться при увеличении скорости потока.В настоящее время автоматические клапаны-отсекатели почти не применяются. Это связано с устаревшей технологией, сложностью в эксплуатации и управлении. В этой статье мы поговорим о клапане с дистанционным управлением. Для примера рассмотрим приустьевой клапан-отсекатель НПФ ЗАВОД "ИЗМЕРОН"
Клапан-отсекатель приустьевой устанавливается в лифтовой колонне насосно-компрессорных труб и предназначен для перекрытия проходного сечения лифтовой колонны при возникновении аварийных ситуаций, требующих отсечения пласта от устья скважины, а также для предотвращения открытого фонтанирования при выходе из строя устьевого оборудования. Клапан имеет ниппель для установки в него втулки разделительной или клапана-отсекателя скоростного управления.
Управление клапаном осуществляется гидравлической станцией, установленной на устье скважины. Именно она будет контролировать процессы открытия, закрытия и поддержания клапана в открытом положении в процессе нормальной (штатной) эксплуатации.
Открытие клапана-отсекателя.
Чтобы открыть клапан-отсекатель, с поверхности в его камеру (красная зона на рисунке) нагнетается гидравлическое масло, создавая давление. Это масло воздействует на шток-поршень, который соединен с внутренним полым цилиндром-толкателем (желтый цилиндр на рисунке). Под давлением масла цилиндр начинает двигаться вниз, что приводит к открытию створки (флаппер, желтая тарелка под цилиндром). Цилиндр как бы упирается в створку и вытесняет её в боковое положение. Пока цилиндр остаётся в нижнем положении, он перекрывает пространство, не позволяя створке вернуться в закрытое положение.
Давление Рраб в камере поддерживает клапан-отсекатель в открытом положении, и створка остается открытой, обеспечивая нормальную эксплуатацию скважины.
Как рассчитать давление открытия клапана-отсекателя? Сейчас разберемся:
Где:
- 1,1 – коэффициент запаса,
- PПО – давление, необходимое для полного открытия клапана, МПа
- РНКТ – давление в лифтовой колонне на глубине установки клапана, МПа
- РЛИН – гидростатическое давление столба жидкости в линии управления на глубине установки клапана, МПа
Механизм створки, как и пружины клапана-отсекателя, в открытом положении изолирован от трубного пространства и защищён от попадания механических примесей (пропант).
Для обеспечения этого функционала необходимо постоянно соблюдать Рраб!
Закрытие клапана-отсекателя
Как мы уже выяснили, принцип работы клапана основан на давлении масла, которое воздействует на поршень. Здесь работает хорошо знакомый принцип обратного клапана, который закрывается при дифференциальной разнице давления (когда давление снизу становится больше, чем давление сверху). Закрытое положение клапана-отсекателя должно предотвращать выход флюида на поверхность!
Для выполнения закрытия необходимо произвести сброс давления в линии управления клапаном-отсекателем до нуля.
Когда давление в системе падает, клапан закрывается. Это происходит потому, что давление из пласта начинает толкать цилиндр вверх, и он не может удерживать створку (флаппер). Как только цилиндр поднимется достаточно, поток жидкости выдавливает створку и прижимает её к нижней части цилиндра, перекрывая внутреннее проходное сечение насосно-компрессорных труб (НКТ). Такая конструкция предотвращает масштабное фонтанирование в случае разгерметизации устьевого оборудования.
Закрытие клапана-отсекателя происходит автоматически:
- при срабатывании датчиков, отключающих станцию управления;
- при падении давления в линии управления (например, при ее обрыве);
- при повышении давления в НКТ (например, при газопроявлении).
Сразу нужно отметить, что закрытие клапана-отсекателя не является абсолютным гарантом герметичности устья!
Установка клапана-отсекателя.
В зависимости от проводимых работ и требований самого заказчика, кго опыта работы с данными клапанами заводы изготовители предлагают два варианта по типу установки оборудования
- устанавливаются с помощью канатной техники или ГНКТ.
- устанавливаются и спускаются вместе с НКТ
В первом варианте требуется продумать сразу ряд действий, связанных с тем, что клапан-отсекатель будет устанавливаться во внутреннюю часть НКТ, а значит, для этих целей необходим специально предназначенный для этих целей посадочный ниппель с седлом под клапан и линией под управление гидравликой. Этот способ позволяет устанавливать и извлекать оборудование при необходимости без глушения скважины, выполняя всю работу под давлением. Несомненно, это огромный плюс в плане сохранения фильтрационных свойств продуктивного пласта и экономия финансов (не применяется КРС и все вытекающие накладки). Однако есть и минусы, такие как уменьшение внутреннего проходного диаметра, что может приводить к эрозии, засорению, загидрачиванию и другим проблемам при неправильной эксплуатации и управлении скважиной.
Второй вариант подразумевает, что клапан-отсекатель спускается в скважину вместе с колонной НКТ, являясь её частью.
Преимущество такой установки — в полнопроходном внутреннем диаметре клапана, который сравним с внутренним диаметром НКТ. Однако есть и недостаток: в случае поломки клапана потребуется его замена. Если попытки восстановить его работоспособность не приведут к желаемому результату, то для проведения полноценной работы необходимо будет привлечь КРС: глушение, замену фонтанной арматуры на противовыбросовое оборудование, подъём и разборку НКТ с заменой неисправного клапана. Всё это сопряжено с множеством сложностей и финансовых затрат для компании.
ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ И ПОМНИТЕ ОБ ЭТИХ ПУНКТАХ В ПРОЦЕССЕ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ!
- Во избежание попадания механических примесей во внутренние полости клапана-отсекателя не рекомендуется закрывать или проводить проверки клапана-отсекателя во время проведения и после технологических операций (гидроразрывы пласта (ГРП), закачка химических реагентов и пр.), до момента полной очистки скважины по окончании процесса освоения.
- Во время выполнения работ, связанных со спускоподъемными операциями оборудования в НКТ, клапан-отсекатель должен быть постоянно открыт!