САМОУСТАНАВЛИВАЮЩИЙСЯ КЛАПАН ГЛУБИННОГО НАСОСА
DOWNHOLE PUMP ADJUSTABLE VALVE

Изобретение относится к насосной технике и может быть использовано в конструкциях насосов, работающих в наклонных или горизонтальных скважинах.
Известен самоустанавливающийся всасывающий клапан глубинного штангового насоса, предназначенный для работы в наклонно направленных скважинах, преимущественно на их горизонтальном участке, включающий корпус, соединенный с цилиндром насоса посредством муфт и удлинительным ниппелем с одной стороны, а с другой - с приемным фильтром, установленным соосно с цилиндром, выполненную в корпусе и сообщенную с подплунжерной полостью клапанную полость под шарик клапана с его седлом и держателем седла клапана. Корпус клапана относительно насоса установлен эксцентрично и с возможностью поворота относительно друг друга с сохранением герметичности в поворотной паре, ось клапанной полости расположена под углом к оси насоса и находится в плоскости расположения эксцентриситета, образованного между корпусом клапана и насосом, при этом корпус клапана снабжен колесной парой, ось которой расположена перпендикулярно оси насоса, а колеса - симметрично по отношению к эксцентриситету, образованному между корпусом клапана и насосом в целом (патент РФ №2238430, опублик. 2004.10.20).
Недостатком является отсутствие универсальности клапана, т.к. предусматривается индивидуальное изготовление элементов клапана для каждой конкретной скважины.
Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является самоустанавливающийся управляемый всасывающий клапан глубинного штангового насоса, предназначенный для работы в наклонно-направленных скважинах, включающий корпус клапана, соединенный с цилиндром насоса посредством муфт и удлинительным ниппелем с одной стороны, а с другой - с приемным фильтром, установленным соосно с цилиндром, выполненную в корпусе клапана и сообщенную с подплунжерной полостью клапанную полость клапанной клетки с верхним ограничителем шарика всасывающего клапана, седлом и держателем седла клапана. Корпус клапана выполнен в диаметре больше, чем диаметр насоса, и установлен эксцентрично относительно насоса и с возможностью поворота друг относительно друга, ось клапанной полости расположена под углом к оси насоса и находится в одной плоскости вместе с эксцентриситетом, образованным между корпусом клапана и насосом, насос вместе с корпусом клапана расположены на контактирующей с обсадной колонной опоре скольжения с возможностью возвратно-поступательного движения, всасывающий клапан снабжен механизмом управления, выполненным в виде груза, расположенного на клапанной клетке и соединенного с центральным стержнем, установленным в верхнем ограничителе шарика всасывающего клапана с возможностью взаимодействия с последним, а другая часть механизма управления представляет из себя установленный на шарнире толкатель, один конец которого расположен с возможностью взаимодействия с шариком всасывающего клапана через седло, а другой соединен шарнирно со штоком гидравлического амортизатора двустороннего действия, связанного с опорой скольжения, причем поршень гидравлического амортизатора двустороннего действия снабжен рабочими дроссельными отверстиями прямого и обратного хода, оснащенными соответствующими подпружиненными к торцам поршня шайбами прикрытия (патент РФ №2241853, опублик 2004.12.10 - прототип).
Недостатком клапана является то, что ось клапанной полости расположена под углом к оси насоса, что в большинстве скважин приводит к трудностям закрытия клапана даже при наличии дополнительного нагружающего шарик пригруза. Трудности закрытия клапана приводят к необходимости выполнения корпуса клапана в диаметре больше, чем диаметр насоса, что затрудняет размещение устройства в скважине, а иногда делает его невозможным.
В предложенном изобретении решается задача облегчения закрытия клапана в наклонных или горизонтальных стволах скважины.
Задача решается тем, что в самоустанавливающемся клапане глубинного насоса, включающем корпус, седло, держатель седла, шар и груз, установленный с возможностью контактирования с шаром, согласно изобретению в корпусе с одной стороны соосно с корпусом размещен центратор с отверстиями и центральной осью, на которой с возможностью свободного вращения закреплен направляющий, имеющий отверстие, массивную нижнюю часть, наклонный лоток в верхней части и горизонтальную полку в нижней части, с другой стороны в корпусе установлен переводник с конусной частью, обращенной к направляющему и центратору, в узком месте которой размещено седло, закрепленное держателем седла, между седлом и направляющим на горизонтальной полке направляющего размещен шар с возможностью контактирования с седлом и качения по горизонтальной полке, а в качестве груза использован второй шар, установленный постоянно контактирующим с первым шаром и размещенный над первым шаром в пространстве между наклонным лотком направляющего и конусной частью переводника.
На чертеже представлен разрез предлагаемого самоустанавливающегося клапана глубинного насоса.
Клапан состоит из корпуса 1, в котором с одной стороны соосно с корпусом 1 размещен центратор 2 с отверстиями 3 и центральной осью 4, на которой с возможностью свободного вращения закреплен направляющий 5, имеющий отверстие 6, массивную нижнюю часть 7, наклонный лоток 8 в верхней части и горизонтальную полку 9 в нижней части. С другой стороны в корпусе 1 установлен переводник 10 с конусной частью 11, обращенной к направляющему 5 и центратору 2. В узком месте конусной части 11 переводника 10 размещено седло 12, закрепленное держателем 13. Между седлом 12 и направляющим 5 на горизонтальной полке 9 направляющего 5 размещен шар 14 с возможностью контактирования с седлом 12 и качения по горизонтальной полке 9 направляющего 5. В качестве груза использован второй шар 15, установленный постоянно контактирующим с шаром 14 и размещенный над шаром 14 в пространстве между наклонным лотком 8 направляющего 5 и конусной частью 11 переводника 10.
Ось 4 закреплена в центраторе 2 посредством болта 16. Корпус 1 имеет резьбу 17 для соединения с глубинным насосом (не показан). Держатель 13 имеет резьбы 18 для соединения с фильтром насоса (не показан).
Клапан работает следующим образом.
При вертикальном расположении клапана его работа не отличается от классических клапанных устройств, основанных на седлах и шарах. Принципиальное отличие от таких устройств обнаруживается при больших углах наклона клапана, отличных от вертикали, на которых закрытие клапана в классических клапанных устройствах не происходит (от 40°). Предложенный клапан обеспечивает закрытие клапана при отклонении от вертикали до 90°.
При спуске в наклонный или горизонтальный ствол скважины клапан из вертикального переходит в наклонное или горизонтальное положение, т.е. положение, изображенное на чертеже. Под действием силы тяжести массивная нижняя часть 7 разворачивает направляющий 5 на оси 4 в горизонтальное положение (показанное на чертеже) или любое наклонное положение. При этом наклонный лоток 8 передвигает шар 15 по конусной поверхности 11, поднимает шар 15 вверх и размещает его над шаром 14. Из-за высокого расположения шара 15 над шаром 14 и ввиду непрерывного контакта между ними возникает усилие на шар 14, равное векторной силе тяжести шара 15. Это обеспечивает закрытие отверстия седла 12 шаром 14.
При ходе колонны штанг с плунжером глубинного насоса (на чертеже не показаны) вверх пластовая жидкость, имея избыточное давление, давит на шар 14, заставляя его катиться в противоположную сторону от седла 12 по горизонтальной полке 9 направляющего 5. При этом контактирующий с шаром 14 шар 15 приподнимается по наклонному лотку 8. Таким образом, самоустанавливающийся клапан глубинного насоса открывается и пластовая жидкость через фильтр насоса, присоединенного на держатель 13 резьбой 18, держатель 13, седло 12, отверстия 6 направляющего 5 и отверстия 3 центратора 2 устремляется в полость глубинного насоса, присоединенного к корпусу 1 резьбой 17. При этом через отверстие 6 направляющего 5 происходит промывка отложившихся на горизонтальную полку 9 твердых частиц пластовой жидкости.
В момент достижения плунжера глубинного насоса верхней границы движения сила давления пластовой жидкости, давящая на шарик 14, исчезает. Под весом шара 15, расположенного над шаром 14, шар 14 двигается по горизонтальной полке 9 в сторону седла 12, а шар 15 опускается по наклонному лотку 8 до тех пор, пока отверстие седла 12 не закроется шаром 14. Самоустанавливающийся клапан глубинного насоса закрывается.
В процессе хода плунжера глубинного насоса вниз самоустанавливающийся клапан глубинного насоса остается в закрытом положении.
В данном клапане обеспечивается непрерывное вращение шаров 14 и 15, что гарантирует их равномерный износ по всей поверхности, за счет чего увеличивается срок службы клапанной пары.
Применение предложенного клапана позволит облегчить закрытие клапана при любом наклоне ствола скважины.