КЛАПАННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОГРУЖНОГО ВИНТОВОГО НАСОСА

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам для добычи нефти погружными винтовыми насосами.
Из уровня техники известно клапанное устройство, состоящее из корпуса с установленным в нем патрубком, в нижней части которого установлено седло обратного клапана, а внутри размещен запорный элемент. Внутренняя полость патрубка через радиальные каналы соединена с полостью корпуса, которая в свою очередь соединена с внутренним пространством напорно-компрессорных труб (НКТ), а через осевой канал и муфту соединена с затрубным пространством (см. Патент RU 2098603 С1, МПК6 Е21В 34/06, 10.12.1997).
Недостатком данного клапанного устройства является то, что при работе оно не обеспечивает гарантированного разъединения насоса с затрубным пространством. Кроме того, запорный элемент закрывает обратный клапан только под действием собственного веса, что не обеспечивает его надежность при работе с погружными винтовыми насосами.
Наиболее близкой к заявленной полезной модели по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является клапанное устройство, включающее сливной и обратный клапаны, размещенные в едином, цилиндрическом корпусе с радиальными отверстиями. Сливной клапан состоит из направляющей с радиальным отверстием, которое перекрывается запорным элементом, выполненным в виде подвижной, подпружиненной гильзы. Обратный клапан состоит из запорного элемента с затвором в виде шара и трех седел, два из которых (верхнее и нижнее) выполнены подпружиненными. При этом верхнее седло размещено в среднем, запорном седле с возможностью осевого перемещения (см. Свидетельство RU 34623 U1, МПК6 Е21В 34/06, 10.12.2003).
Недостатком данного клапанного устройства является его сложная конструкция с большим числом подвижных элементов, что снижает его надежность, а также большое сопротивление потоку жидкости при соединении внутреннего пространства НКТ с затрубным пространством.
Сущность полезной модели
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, является упрощение конструкции и повышение надежности клапанного устройства, а так же снижение гидравлического сопротивления потоку жидкости, как при работе насоса, так и при соединении внутреннего пространства НКТ с затрубным пространством.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в клапанном устройстве, включающем сливной клапан, запорный элемент которого выполнен в виде подвижной, подпружиненной гильзы и обратный клапан, состоящий из седла и запорного элемента, размещенные в едином, цилиндрическом корпусе с радиальными отверстиями, корпус выполнен с переменным внутренним диаметром. Над седлом обратного клапана закреплена цилиндрическая втулка внутри которой размещен запорный элемент обратного клапана, имеющий цилиндрическую боковую поверхность, при этом запорный элемент обратного клапана жестко соединен с нижним торцем подпружиненной гильзы. В нижней части подпружиненной гильзы выполнены нагнетательные отверстия, а в верхней части сливные отверстия, совмещенные с радиальными отверстиями корпуса при закрытом обратном клапане.
В частном случае выполнения клапанного устройства на боковой поверхности подпружиненной гильзы выполнены два буртика с уплотнениями, при этом диаметр нижнего буртика меньше диаметра верхнего буртика.
В другом частном случае выполнения клапанного устройства нижний буртик подпружиненной гильзы служит опорой для пружины.
Перечень фигур чертежей
На фиг.1 изображено клапанное устройство в исходном положении (при неработающем насосе).
На фиг.2 изображено клапанное устройство при работе насоса.
Клапанное устройство для погружного винтового насоса, изображенное на Фиг.1 и Фиг.2, состоит из корпуса 1 с переменным внутренним диаметром и радиальными отверстиями 2, и подвижной, подпружиненной гильзы 3, в верхней части которой выполнены сливные отверстия 4, а в нижней части нагнетательные отверстия 16. В корпусе 1 установлены уплотнения 12 и 15, а на боковой поверхности гильзы 3 выполнены буртики 5 и 6 с уплотнениями 13 и 14. Нижний буртик 6 служит опорой для пружины 9, при этом диаметр верхнего буртика 5 больше диаметра нижнего буртика 6. С нижним торцем гильзы 3 жестко соединен запорный элемент обратного клапана 17, который имеет сферическую рабочую поверхность и цилиндрическую боковую поверхность. В нижней части корпуса 1 установлено седло обратного клапана 8, над которым закреплена цилиндрическая втулка 7.
Полость А образованная корпусом 1, гильзой 3 и буртиком 6, соединена с затрубным пространством через отверстие 10 и отделена от нагнетательной полости насоса и внутренней полости колонны НКТ уплотнением 14. Полость Б образованная корпусом 1, гильзой 3 и буртиком 5, соединена с затрубным пространством через отверстие 11 и отделена от нагнетательной полости насоса и внутренней полости колонны НКТ уплотнением 13.
Клапанное устройство устанавливается в колонне НКТ над погружным винтовым насосом и работает следующим образом.
При спуске установки с погружным винтовым насосом в скважину, клапанное устройство находится в исходном положении, изображенном на Фиг.1.
Гильза 3, прижимаемая пружиной 9, находится в нижнем положении, при этом запорный элемент обратного клапана 17 прижат к седлу 8, разобщая напорную полость насоса и полость колонны НКТ, а отверстия 4 гильзы 3 совмещены с радиальными отверстиями 2 корпуса 1, сообщая полость колонны НКТ с затрубным пространством и обеспечивая заполнение колонны НКТ из ствола скважины до ее статического уровня, минуя винтовой насос.
После пуска установки в работу, под запорным элементом 17 создается давление, больше, чем давление над ним от столба жидкости в колонне НКТ. Под воздействием этой разности давлений запорный элемент 17 и гильза 3 перемещаются в верхнее положение, преодолевая усилие пружины 9. После прохода отверстий 4 уплотнения 15, полость колонны НКТ герметично разобщается с затрубным пространством, при этом запорный элемент обратного клапана 17, находящийся внутри втулки 7, продолжает разобщать нагнетательную полость насоса и полость колонны НКТ. Таким образом, обеспечивается гарантированное разъединение насоса с затрубным пространством. При дальнейшем движении запорного элемента 17 и гильзы 3 вверх, запорный элемент 17 выходит из втулки 7 и жидкость из нагнетательной полости насоса через отверстия 16 в гильзе 3 начинает поступать в колонну НКТ (см. Фиг.2).
После остановки насоса, запорный элемент 17 и гильза 3 опускаются вниз, под воздействием пружины 9, а также разности усилий действующих на буртики 5 и 6, обусловленной тем, что они имеют разный диаметр и площадь, на которую действует давление от столба жидкости в колонне НКТ, у верхнего буртика 5 больше, чем у нижнего буртика 6. Запорный элемент 17 входит во втулку 7, при этом, из-за герметичности винтового насоса, происходит перетекание жидкости, оставшейся в нагнетательной полости насоса, в полость НКТ, через кольцевой зазор между запорным элемент 17 и втулкой 7.
При дальнейшем опускании запорного элемента 17 и гильзы 3 клапанное устройство возвращается в исходное положение (см. Фиг.1) и происходит слив жидкости из колонны НКТ в затрубное пространство через сливные отверстия 4 гильзы 3 и радиальные отверстия 2 корпуса 1.
Заявляемое клапанное устройство, имеет всего одну подвижную деталь, что гарантирует его надежную работу. При этом клапанное устройство обеспечивает заполнение колоны НКТ при спуске установки в скважину, прямую и обратную промывку колонны НКТ, автоматический слив жидкости из колоны НКТ, при остановки насоса, а так же работу насосной установки с минимальным сопротивлением потоку жидкости.