КЛАПАН РЕГУЛИРУЮЩИЙ МАГНИТНЫЙ
MAGNETIC CONTROL VALVE

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам устьевого оборудования скважин, и позволяет поддержать избыточное давление в газовом трубопроводе по отношению к линейному с постоянной величиной [E21B 34/00, E21B 34/02, F16K 15/00, F16K 15/02, F16K 15/06].
Из уровня техники известен КЛАПАН СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ [RU 8072 U1, опубл. 16.10.1998], который представляет собой клапан системы управления с направляемым жестким запорным элементом и средством, регулирующим давления его срабатывания, отличающийся тем, что клапан снабжен также средством для фиксации запорного органа в положении перекрытия тракта циркуляции рабочей среды.
Недостатком аналога является возможность вибрации запорного элемента вследствие воздействия потока в открытом положении клапана, а также отсутствие возможности изменять размер проходного сечения клапана.
Из уровня техники также известен ОБРАТНЫЙ КЛАПАН С ТОЧЕЧНЫМ ОБОГРЕВОМ ДЛЯ УСТЬЕВОЙ АРМАТУРЫ [RU 190878 U1, опубл. 16.07.2019], который содержит корпус, выполненный из двух соединенных друг с другом основного корпуса и стакана, в котором размещены нагревательный и запорный механизмы, последний из которых выполнен в виде пружинного механизма для пропуска скважинной продукции в одном направлении. Внутри стакана размещен также картриджный обогреватель, являющийся частью запорного механизма, выполненный в виде полого металлического штока, жестко соединенного с металлическим плунжером, при этом для передачи тепловой энергии, внутри полого штока, установлена термопара, контактирующая с плунжером, выполняющим функцию запорного элемента обратного клапана.
Недостатками аналога являются усложнение конструкции за счет наличия обогревателя, необходимость постоянного подвода энергии, возможность вибрации запорного элемента вследствие воздействия потока в открытом положении клапана, а также отсутствие возможности изменять размер проходного сечения клапана.
Наиболее близким по технической сущности является КЛАПАН ОБРАТНЫЙ [RU193252 U1, опубл. 21.10.2019], который состоит из корпуса с входным, выходным патрубками, имеющего седло с уплотнительной поверхностью, золотника с уплотнительной поверхностью, установленного в корпус, затвора «металл по металлу» образованного седлом корпуса и золотником, крышки, установленной на корпус, пружины, кинематически связывающей крышку и золотник, при этом золотник имеет в нижней части стабилизатор пульсации золотника, в верхней части направляющую поверхность, центрирующую золотник относительно корпуса, на которой выполнена канавка, в которую установлено уплотнительное кольцо, образующее в закрытом положении клапана обратного две полости, полость между крышкой и золотником, соединенную с выходным патрубком осевым отверстием в золотнике, проходящим через стабилизатор пульсации золотника, и полость, расположенную над затвором объединенную с входным патрубком, при этом диаметр уплотнения по вышеуказанной направляющей поверхности больше среднего диаметра уплотнительной поверхности седла корпуса.
Основной технической проблемой прототипа является наличие механического стабилизатора пульсации золотника (запорного элемента), который в отличие от магнитного может не обеспечивать снижения амплитуды вибраций золотника (запорного элемента) при всех режимах течения среды в клапане, а также отсутствие возможности изменять размер проходного сечения клапана.
Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы клапана, а также удобство его настройки.
Указанный технический результат достигается за счет того, что клапан регулирующий магнитный, состоящий из полого корпуса с крышкой, с входным и выходным каналами внутри корпуса, соединенных между собой перепускным отверстием, закрываемым запорным элементом, отличающийся тем, что запорный элемент смонтирован на штоке, размещенном внутри цилиндра в вертикальном канале корпуса клапана, сообщающего собой входной и выходной каналы, над запорным элементом смонтирован поршень, выполненный с возможностью равномерного распределения энергии пружины на запорный элемент, смонтированной на штоке над поршнем, верхний торец пружины кинематически связан с магнитопроводом, выполненным в виде диска, края которого опираются на выступ в цилиндре, магнитопровод зафиксирован в неподвижном положении с помощью цилиндрической регулирующей втулки, смонтированной внутрь цилиндра, при этом регулирующая втулка выполнена съемной с возможностью замены на аналогичную втулку другой высоты для изменения длины хода штока и через это площади проходного сечения клапана в открытом положении, регулирующая втулка в свою очередь поджата магнитной крышкой, смонтированной сверху внутри цилиндра, над магнитопроводом на штоке смонтирован якорь, магнитопровод и магнитная крышка выполнены в виде постоянных магнитов с направленными друг к другу противоположными полюсами с возможностью их притягивания друг к другу при воздействии давления газа на запорный элемент со стороны входного канала.
В частности, входной и выходной каналы расположены в диаметрально противоположных частях корпуса в нижней его части навстречу друг другу, но на разной высоте.
В частности, пружина выполнена в виде пружины сжатия.
В частности, перепускное отверстие снабжено манжетой и уплотнительным кольцом, выполненных с возможностью взаимодействия с поверхностью запорного элемента и герметизацией каналов клапана.
На фигуре показан вид общий вид клапана регулирующего магнитного, совмещенный с разрезом, на котором обозначено: 1 - корпус, 2 - крышка, 3 - упорная шайба, 4 - гайка, 5 - магнитная крышка, 6 - якорь, 7 - магнитопровод, 8 - пружина, 9 - цилиндр, 10 - разделительный поршень, 11 - запорный элемент, 12 - манжета, 13 - уплотнительное кольцо, 14 - шток, 15 - регулирующая втулка, 16 - уплотнение.
Осуществление изобретения
Клапан регулируемы магнитный (клапан) состоит из полого корпуса 1. В диаметрально противоположных частях корпуса 1 в нижней его части навстречу друг другу, но на разной высоте выполнено два глухих горизонтальных отверстия (на фигуре не показаны), образующих входной и выходной каналы клапана. Упомянутые отверстия соединены между собой перепускным отверстием.
Внутри корпуса 1 вертикально смонтирован металлический цилиндр 9, выполненный например, из стали, в который вертикально смонтирован шток 14, с нижнего торца которого смонтированы разделительный поршень 10 и запорный элемент 11, при этом запорный элемент 11 выполнен в виде диска. В верхней части штока 14 с помощью гайки 4 смонтирован якорь 6, выполненный также в виде диска.
В цилиндре 9 вертикально смонтирована пружина 8, выполненная в виде пружины сжатия, ось которой совпадает с осями цилиндра 9 и штока 14. Нижний торец пружины 8 кинематически связан с разделительным поршнем 10, а верхний торец пружины 8 кинематически связан со, смонтированным на цилиндре 9, магнитопроводом 7, который выполнен в виде диска и располагается ниже якоря 6, предотвращая его перемещение вниз.
Фиксация упомянутого магнитопровода 7 относительно корпуса 1 осуществляется с помощью, выполненной в цилиндре 9, выемки с одной стороны и цилиндрической регулирующей втулки 15, смонтированной внутри цилиндра 9 с другой. Регулирующая втулка 15 в свою очередь поджимается магнитной крышкой 5, смонтированной сверху в цилиндр 9.
На перепускное отверстие смонтированы манжета 12 и уплотнительное кольцо 13, выполненные с возможностью взаимодействия с запорным элементом 11 и герметизацией выходного канала от входного.
Магнитопровод 7 и магнитная крышка 5 являются постоянными магнитами, направленными друг к другу противоположными полюсами. В упомянутой магнитной крышке 5 по центру над штоком 14 выполнено отверстие (на фигуре не показано) с возможностью вхождения в него верхнего края штока 14 с гайкой 4, обеспечивая таким образом перемещение штока 14 внутри корпуса 1. Сверху на корпусе 1 через уплотнение 16 смонтирована крышка 2, которая через упорную шайбу 3 фиксирует магнитную крышку 5 сверху и герметизирует верхнюю часть клапана.
Регулирующая втулка 15 выполнена съемной с возможностью замены на аналогичную втулку другой высоты, что позволяет менять длину хода штока 14 и через это площадь проходного сечения клапана в открытом положении, и, следовательно, расход газовой среды за счет изменения гидравлического сопротивление клапана.
Клапан работает следующим образом.
Клапан предназначен для автоматического поддержания оптимального уровня жидкости на приеме насосного оборудования нефтяной скважины, за счет стабилизации разницы давления между забойным (затрубное давление) и давлением в нефтесборном коллекторе.
Клапан монтируется в газовой линии нефтяной скважины. При открытии запорных устройств трубопровода, на котором расположен рассматриваемый клапан, газ, накопившейся в затрубном пространстве скважины, повышает давление на входе в клапан перед запорным элементом 11. При достижении определенного значения давления на входе в клапан на запорный элемент 11 начинает воздействовать перепад давления между входом и выходом, под воздействием которого запорный элемент 11 совместно со штоком 14, разделительным поршнем 10 и якорем 6 перемещается вверх, преодолевая усилие пружины 8, открывая тем самым проход для попутного газа, который через открытый клапан поступает в нефтесборный коллектор.
При открытом положении клапана магнитопровод 7 вместе с якорем 6 притягивается к магнитной крышке 5. Магнитное соединение реализовано с целью уменьшения амплитуды вибраций элементов клапана при течении газа в его проточном тракте.
Закрытие запорного элемента 11 происходит за счет усилия пружины 8 при достижении заданного минимального перепада давления между нефтесборным коллектором и давлением затрубного пространства.
Технический результат изобретения - повышение надежности работы клапана, достигается путем магнитного соединения магнитопровода 7 и магнитной крышки 5, которое возникает при контакте якоря 6 с магнитной крышкой 5, за счет чего значительно уменьшается амплитуда колебаний запорного элемента 11 и штока 14 под влиянием протекающей через клапан газовой среды.
Кроме того, изменение высоты регулирующей втулки 15 позволяет менять проходное сечение клапана и, следовательно, расход среды через него за счет изменения гидравлического сопротивление клапана.
В 2021 году автором изобретения была изготовлена партия клапанов в соответствии с приведенным выше описанием и успешно проведены опытно-промышленные испытания клапана, в ходе которых были подтверждены его характеристики, а именно:
Параметр
Значение
Пределы перепада давления, МПа
от 0,05 до 0,2
Рабочее давление, МПа
до 21,0
Пропускная способность, м³/сут
до 400000