КЛАПАН ОБРАТНЫЙ

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно, к технологической оснастке обсадных колонн и может быть использована при цементировании скважин, при подземном ремонте, иных технологических операциях, когда требуется обеспечить продвижение промывочной жидкости или цементного раствора из внутритрубного пространства только в одну сторону и препятствовать потоку жидкости, устремленному в противоположную сторону.
Известен обратный клапан для обсадной колонны скважины (патент на полезную модель №28891, МПК Е21В 33/14 оп. 2003.04.20), содержащий цилиндрический корпус с осевым каналом, шарнирно прикрепленный снизу к корпусу подпружиненный запорный элемент, и установленную на корпусе направляющую воронку для разделительной цементировочной пробки. Направляющая воронка выполнена в виде расточки внутри корпуса с диаметром, обеспечивающим посадку металлического наконечника разделительной цементировочной пробки с натягом не менее 0,1 мм. Корпус обратного клапана снабжен эластичными уплотнительными кольцами, размещенными на его наружной проточке, с металлической нажимной шайбой, внутренний диаметр которой меньше внутреннего диаметра обсадных труб. Разница диаметров уплотнительных колец и металлической нажимной шайбы обеспечивает защиту эластичных конец от выдавливания независимо от толщины стенки этих труб.
К недостаткам указанной конструкции относятся: эксцентричное размещения отверстия с клапаном, могущее приводить к уводу инструмента при разбуривании, конструктивная сложность запорного элемента, требующая высокоточной обработки, то, что поворотный запорный элемент может быть зафиксирован в открытом положении под воздействием компонентов буровых и тампонажных растворов.
Известен клапан обратный для обсадных колонн (патент на полезную модель №93871 МПК E21B 33/00 оп. 2010.05.10), содержащий корпус, седло, ловушку, ограничительную решетку, подпружиненный запорный элемент, расположенный соосно корпусу. Запорный элемент имеет сферическую головку, которая контактирует с седлом, и два опорных направляющих конца. Передний конец запорного элемента выполнен в виде цапфы, которая может иметь как цилиндрическую, так и многогранную форму, и устанавливается в отверстии ловушки, соответствующем форме передней направляющей. Хвостовая направляющая выполнена с многоугольным поперечным сечением и проходит через осевое в ограничительной решетке, имеющее соответствующее направляющей сечение.
По идентичности способа установки в состав обсадной колонны, наличию сходных признаков и достигаемому результату данное решение принято в качестве прототипа.
К недостаткам прототипа относятся: конструктивная сложность элементов, требующая высокоточной обработки, большая металлоемкость конструкции, увеличивающая время на нормализацию скважины, возможность потери герметичности, вследствие эрозионного износа компонентами буровых и тампонажных растворов, то, что подвижный запорный элемент может быть зафиксирован в открытом положении под воздействием компонентов буровых и тампонажных растворов.
Задачей полезной модели является создание герметичного обратного клапана, достигаемое исключением подвижных элементов в составе клапана, а также устранением влияния эрозионного износа на элементы клапана.
Поставленная задача решается в клапане обратном, содержащем корпус, фильтрующую перегородку, запорный элемент и стяжку.
Новым является то, что запорный элемент выполнен в виде манжеты конической формы из высокопрочного эластомера (например полиуретаны СКУ-ПФЛ-100 ТУ 224-003-468983-77-2001, Адипрен LF1950A ТУ 38 1051240-88 или другие материалы с аналогичными свойствами), при этом толщина манжеты должна обеспечивать достаточную гибкость для создания минимального сопротивления движению потока. Фильтрующая перегородка со стороны запорного элемента имеет коническую форму, совпадающую с формой запорного элемента. Отверстия в фильтрующей перегородке, цилиндрической или многогранной формы, выполнены параллельно оси клапана и располагаются по одной или нескольким окружностям, концентричным корпусу на максимально возможном удалении от оси клапана. Общая площадь отверстий должна обеспечивать проходное сечение, не менее 20% от площади проходного сечения корпуса. При этом максимальный размер отверстий подбирается в зависимости от прочностных характеристик материала запорного элемента и рабочего перепада давления в клапане. Центральная часть запорного элемента поджата к фильтрующей перегородке стяжкой. Наружная кромка ^ запорного элемента опирается на корпус.
Клапанов обратных относящихся к нефтегазодобывающей промышленности, а именно, к технологической оснастке обсадных колонн, сходной конструкции в патентной и научно-технической литературе не выявлено. Это определяет соответствие полезной модели критерию «новизна».
Сущность полезной модели поясняется графическим материалом. На фигуре изображен общий вид устройства.
Клапан обратный содержит корпус 1, с установленной в нем фильтрующей перегородкой 2, установленный соосно корпусу запорный упругий элемент 3 и стяжку 4. Запорный элемент 3 выполнен в виде манжеты конической формы из высокопрочного эластомера, при этом толщина манжеты должна обеспечивать достаточную гибкость для создания минимального сопротивления движению потока. Фильтрующая перегородка 2 со стороны запорного элемента 3 имеет коническую форму, совпадающую с формой запорного элемента. Отверстия в фильтрующей перегородке 2, цилиндрической или многогранной формы, выполнены параллельно оси клапана и располагаются по одной или нескольким окружностям, концентричным корпусу 1 на максимально возможном удалении от оси клапана. Общая площадь отверстий должна обеспечивать проходное сечение, не менее 20% от площади проходного сечения корпуса 1. При этом максимальный размер отверстий подбирается в зависимости от прочностных характеристик материала запорного элемента 3 и рабочего перепада давления в клапане.
Центральная часть запорного элемента 3 поджата к фильтрующей перегородке 2 стяжкой 4. Наружная кромка запорного элемента 3 опирается на корпус 1.
Устройство работает обычным для клапана обратного способом. При подаче расхода рабочей жидкости с устья скважины в корпус 1, под действием потока жидкости, проходящего через отверстия в фильтрующей перегородке 2, запорный элемент 3 упруго деформируется, наружная кромка отживается от корпуса 4, образуя кольцевой канал и обеспечивая проток жидкости в прямом ' "направлении, при остановке потока или подаче его в обратном направлении, запорный элемент 3, под действием сил упругости, возвращается в исходное положение, прижимаясь к корпусу 1, давление, действуя на запорный элемент, прижимает его к фильтрующей перегородке 2 и корпусу 1, тем самым перекрывая отверстия и образуя герметичное препятствие для обратного движения жидкости. Во время работы полезной модели запорный элемент 3 остается неподвижным, что исключает возможность его фиксации в открытом положении под воздействием компонентов буровых и тампонажных растворов, прохождение потока жидкости по кольцевому зазору между запорным элементом 3, выполненным из высокопрочного эластомера, стойкого к абразивному износу и стальным корпусом, исключает влияние эрозионного износа на герметичность клапана. Описанная конструкция клапана обратного позволяет повысить надежность работы его элементов, предотвратить появление аварийных ситуаций, за счет малой металлоемкости обеспечить снижение временных потерь при нормализации скважин после цементирования и, как следствие, сократить время строительства скважины.
Образцы заявляемого устройства были изготовлены и прошли промышленные испытания. Испытания полезных моделей подтверждают изложенные преимущества при применении клапана обратного. Это обуславливает соответствие полезной модели критерию «промышленная применимость».