КЛАПАННОЕ УСТРОЙСТВО

Предложение относится к добыче нефти и может быть использовано для стравливания газа из затрубного пространства скважины в выкидную линию.
Известен обратный клапан (Справочник по добыче нефти / В.В.Андреев, К.Р.Уразаков, В.У.Далимов и др.; Под редакцией К.Р.Уразакова. - 2000 г., стр.94-96 - аналог) для перепуска газа из затрубного пространства в выкидную линию, входящий в состав оборудования устья скважин ОУ140-146/168-65А и ОУ140-146/168-65Б, состоящий из седла и подпружиненного шарика.
Недостатком данного устройства является то, что обратный клапан, входящий в состав оборудования устья скважины только перепускает газ через себя, но не позволяет перекрыть канал из затрубного пространства в выкидную линию, что необходимо при проведении технологических операций в процессе подземного и капитального ремонта скважин, таких как глушение, промывка и тому подобных, в связи с чем перед обратным клапаном требуется установка пробкового крана или вентиля, а это ведет к увеличению металлоемкости конструкции.
Наиболее близким по технической сущности является клапанное устройство (Свидетельство РФ на полезную модель №20536, МПК 7 Е 21 В 34/02, опубл. БИ №31 от 10.11.2001 г.), включающее полый корпус с осевым каналом, размещенные в нем клапан, состоящий из седла и запорного органа, подвижную подпружиненную втулку и штуцер, а также входной патрубок и выполненный по торцу корпуса выходной патрубок, при этом на торец корпуса, противоположный выходному патрубку, установлен стакан, при этом в корпусе выполнены приемная и размещенные по обе стороны от нее промежуточные полости, гидравлически соединенные друг с другом осевым каналом, подвижная втулка одним торцом жестко связана с запорным органом клапана, а с другого ее торца установлена пружина, связанная со штоком регулировочного устройства, установленного по торцу стакана, при этом запорный орган клапана выполнен с осевым проходным каналом, штуцер размещен в промежуточной полости со стороны выходного патрубка, на внешней поверхности втулки закреплены уплотнительные элементы, а входной патрубок сообщен с приемной полостью посредством радиального канала.
Недостатками данного устройства являются:
во-первых, давление, при котором происходит открытие клапана не контролируется непосредственно на самом устройстве (отсутствие манометра), в связи с чем не возможно в процессе работы отследить при каком давлении происходит открытие клапана;
во вторых, зачастую в процессе работы возникает необходимость изменения давления открытия и закрытия клапана в определенных пределах, чего данная конструкция устройство не позволяет сделать;
в-третьих, сальниковая набивка привода запорного органа, выполненного в виде поворотного вентиля не долговечна, и в процессе частых открытий и закрытий происходит ее износ и как следствие потеря герметичности, в связи с чем требуется постоянный контроль и обслуживание устройства.
Задачей полезной модели является создание конструкции клапанного устройства, позволяющего в требуемых пределах регулировать давление открытия и закрытия клапана непосредственно в процессе работы с контролем давления, а также повышение герметичности устройства.
Поставленная задача решается предлагаемым клапанным устройством, включающим полый корпус с входным и выходным патрубками, а также с радиальным и осевым каналами, в котором размещен клапан, состоящий из герметично подвижной втулки, пружины, опираемой на регулируемый негерметичный стакан, установленный в осевом канале.
Новым является то, что входной патрубок соосно и жестко соединен с полым корпусом в противоположном стакану направлении, а выходной патрубок сообщен с радиальным каналом, который герметично перекрыт в исходном положении втулкой, снабженной радиальными каналами под шарики, при этом во внутренней полости втулки с возможностью герметичного осевого перемещения расположен палец, снабженный со стороны входного патрубка - передним, а с противоположной стороны - задним кольцевыми упорами, причем полый корпус снабжен перегородкой, ограничивающей со стороны стакана осевое перемещение пальца, который задним кольцевым упором подпружинен от стакана к перегородке полого корпуса, причем в осевом канале полого корпуса рядом с его радиальным каналом со сторона выполнена кольцевая выборка под шарики, подпираемые изнутри втулки пальцем, на наружной поверхности пальца выполнена кольцевая проточка, имеющая возможность взаимодействия с шариками, при этом палец между кольцевой проточкой и задним кольцевым упором оснащен цилиндрической выборкой, имеющей возможность взаимодействия с шариком, размещенным в технологическом отверстии, выполненном в перегородке полого корпуса, причем шарик подпружинен к пальцу регулировочным винтом, при этом в полом корпусе перед перегородкой со стороны входного патрубка выполнен сквозной канал, причем в полом корпусе выполнен дополнительный радиальный канал, не перекрываемый втулкой и снабженный манометром.
На фигуре изображено предлагаемое клапанное устройство в продольном разрезе.
Клапанное устройство включает полый корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, а также радиальным 4 и осевым 5 каналами. В осевом канале 5 размещен клапан, состоящий из герметично подвижной втулки 6, пружины 7, опираемой на регулируемый негерметичный стакан 8, установленный в осевом канале 5 полого корпуса 1.
Входной патрубок 2 соосно и жестко соединен с полым корпусом 1 в противоположном стакану 8 направлении. Выходной патрубок 3 сообщен с радиальным каналом 4, который герметично перекрыт в исходном положении втулкой 6, снабженной радиальными каналами 9 под шарики 10.
Во внутренней полости втулки 6 с возможностью герметичного осевого перемещения расположен палец 11, снабженный со стороны входного патрубка 2 - передним 12, а с противоположной стороны - задним 13 кольцевыми упорами.
Полый корпус 1 снабжен перегородкой 14, ограничивающей со стороны стакана 8 осевое перемещение пальца 11. Палец 11 задним кольцевым упором 13, подпружинен посредством пружины 7, от стакана 8 к перегородке 14 полого корпуса 1.
В осевом канале 5 полого корпуса 1 рядом с его радиальным каналом 4 со стороны стакана 8, выполнена кольцевая выборка 15 под шарики 10, подпираемые изнутри втулки 6 пальцем 11. На наружной поверхности пальца 11 выполнена кольцевая проточка 16, имеющая возможность взаимодействия с шариками 10.
Палец 11 между кольцевой проточкой 16 и задним кольцевым упором 13 оснащен цилиндрической выборкой 17, имеющей возможность взаимодействия с шариком 18, подпружиненным посредством пружины 19 регулировочным винтом 20. Шарик 18, пружина 19 и регулировочный винт 20 размещены в технологическом отверстии, выполненном в перегородке 14 полого корпуса 1. В полом корпусе 1 перед перегородкой 14 со стороны входного патрубка 2 выполнен сквозной канал 21 для исключения эффекта «поршневания» в процессе перемещения втулки 6 относительно полого корпуса 1.
В полом корпусе 1 выполнен дополнительный радиальный канал 22, не перекрываемый втулкой 6 и снабженный манометром 23 с помощью которого проводят настройку клапанного устройства и контроль в процессе работы.
Несанкционированные перетоки жидкости в процессе работы исключаются уплотнительными элементами 24, 25.
Клапанное устройство работает следующим образом.
Клапанное устройство в сборе устанавливают в состав оборудования устья скважины (например, в составе ОУ140-146/168-65А или ОУ 140-146/168-65Б) для стравливания газа из затрубного пространства скважины в выкидную линию, путем заворота клапанного
устройства входным патрубком 2 в эксплуатационную колонну, а выходной патрубок 3 соединяют с выкидной линией (на фигуре не показано).
Далее производят настройку клапанного устройства по манометру 23.
Для этого путем заворота или отворота стакана 8 в полый корпус 1, настраивают пружину 7 на определенное давление (например, 5,0 МПа), при котором клапан должен открыться, то есть втулка 6 должна переместится относительно полого корпуса 1, и открыть радиальный канал 4 полого корпуса 1.
Путем заворота или отворота регулировочного винта 20 в технологическое отверстие, выполненное в перегородке 14 полого корпуса 1, настраивают пружину 19 на определенное давление (например, 1,0 МПа), при котором клапан должен закрыться, то есть втулка 6 должна переместится обратно относительно полого корпуса 1, и закрыть радиальный канал 4 полого корпуса 1.
В процессе работы скважины газ по затрубному пространству эксплуатационной колонны поднимается вверх и по входному патрубку 2 поступает в осевой канал 5 полого корпуса 1, оказывая воздействие на передний кольцевой упор 12 пальца 11. По достижении в осевом канале 5 полого корпуса 1 давления открытия клапана, как отмечено выше - 5,0 МПа, палец 11 перемещается в сторону стакана 8, сжимая пружину 7 до тех пор, пока шарики 10 попадут в кольцевую проточку 16, выполненную на наружной поверхности пальца 11, при этом шарики 10 выпадают из кольцевой выборки 15 полого корпуса 1, а передний кольцевой упор 12 пальца 11 воздействует на втулку 6.
В этот момент, перемещение пальца 11 относительно втулки 6 прекращается и уже втулка 6 совместно с пальцем 11 смещаются в сторону стакана 8 относительно полого корпуса 1, сжимая пружину 7. Перемещение втулки 6 происходит до тех пор, пока шарик 18 поджатый к пальцу 11 посредством пружины 19 попадет в цилиндрическую выборку 17 пальца 11. После попадания шарика 19 в цилиндрическую выборку 17 пальца 11 происходит разжатие пружины 19 (за счет возвратной силы) и фиксация пальца 11, а следовательно, и втулки 6 относительно полого корпуса 1, и клапан открывается, то есть радиальный канал 4 и осевой канал 5 полого корпуса 1 гидравлически сообщаются, перепуская газ в выкидную линию (на фигуре не показано).
По мере стравливания газа в выкидную линию, давление в осевом канале 5 полого корпуса 1 падает и при достижении величины закрытия клапана - 1,0 МПа возвратная сила пружины 7 передавливает шарик 18, который фиксирует палец 11 и втулку 6 относительно полого корпуса 1 в цилиндрической выборке 17, вызывая сжатие пружины 19.
В результате пружина 19 сжимается, а шарик 18 утопает в технологическом отверстии перегородки 14 полого корпуса 1.
Втулка 6 совместно с пальцем 11 перемещаются в сторону входного патрубка 2 относительно полого корпуса 1 за счет возвратной силы пружины 7 до тех пор, пока шарики 10 попадут в кольцевую выборку 15 полого корпуса 1, при этом шарики 10 выпадают из кольцевой проточки 16 пальца 11.
Перемещение втулки 6 относительно полого корпуса 1 прекращается, и клапан закрывается (втулка 6 герметично отсекает радиальный канал 4 от осевого канала 5 полого корпуса 1). Далее уже палец 11, освободившийся от взаимодействия с шариками 10, за счет возвратной силы пружины 7 перемещается относительно втулки 6 до тех пор, пока своим задник кольцевым упором 13 не упрется в перегородку 14 полого корпуса 1 со стороны стакана 8.
Давление открытия и закрытия клапана в процессе работы контролируется с помощью манометра 23, связанного с осевым каналом 5 полого корпуса 1 посредством дополнительного радиального канала 22 и может регулироваться, начиная с нуля и выше непосредственно в процессе работы клапанного устройства, путем отворота либо заворота стакана 8 и/или регулировочного винта 20.
Предлагаемое клапанное устройство позволяет в требуемых пределах регулировать давление открытия и закрытия клапана непосредственно в процессе работы с постоянным контролем давления, а исключение привода запорного органа, выполненного в виде поворотного вентиля, позволяет повысить герметичность устройства и продлить его срок службы.