Всасывающий клапан глубинного насоса
SUCTION PUMP OF DEEP-WELL PUMP

Изобретение относится нефтегазодобывающей промышленности, в частности к обратным клапанам глубинных скважинных насосов.
Известен клапан (авт. cв. SU №594302, МПК Е21В 41/00, опубл. 25.02.1978 Бюл. №7), включающий корпус с установленным внутри него затвором, пружину и толкатель для взаимодействия с затвором, причем он снабжен втулкой, зафиксированной срезными штифтами, и стопорным разрезным кольцом, удерживаемый разжатым в кольцевой канавке корпуса.
Недостатками данного устройства является возможность только разовой промывки и низкая надежность, связанная с возможностью ослабления или поломки пружины, сто выводит клапан из работоспособного состояния сразу же после промывки.
Известен также клапан обратный промывочный (патент на ПМ RU №153634, МПК E21B 34/06, F16K 15/04, опубл. 27.07.2015 Бюл. № 21), содержащий корпус с присоединительными резьбами, состоящий из верхней, средней и нижней частей, шар в качестве запорного элемента, седло, ограничитель движения шара вверх, неподвижный полый шток со сквозными радиальными каналами ниже седла, подвижный полый поршень, опирающийся на пружину и расположенный на внешней образующей полого штока с возможностью перекрытия и открытия радиальных каналов, упор для ограничения движения поршня вверх, отличающийся тем, что в качестве упора для ограничения движения поршня вверх использован центратор, размещенный между верхней и средней частями корпуса, седло выполнено в виде отдельной детали и вмонтировано в посадочное отверстие полого штока, ограничитель движения шара изготовлен заодно с верхней частью корпуса и оснащен эластомерной амортизационной прокладкой, на наружной поверхности полого штока ниже радиальных каналов установлены эластомерные уплотнительные кольца, нижний участок полого штока, выходящий за пределы подвижного поршня, выполнен с уменьшенным наружным диаметром, подвижный полый поршень снабжен разжатым пружинным кольцом, вставленным в канавку на нижней части его внутренней поверхности, а на наружной поверхности полого штока сформированы две кольцевые канавки, обеспечивающие при совмещении с канавкой подвижного поршня фиксацию пружинного кольца.
Недостатками данного клапана являются из-за наличия большого количества сложных и непрочных деталей сложность изготовления, низкая надежность и малое проходное сечения из-за несколько большого количества деталей, вставляемых друг в друга и сужающих проход для жидкости.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для обеспечения работы всасывающего клапана глубинного штангового насоса (патент RU №2258836, МПК F04B 47/00, опубл. 20.08.2005 Бюл. № 23), в клапанной полости которого над седлом с его держателем расположен плавающий шарик, состоящее из соединенного с насосными трубами цилиндра с центральным расположением полого плунжера, соединенного с приводной колонной насосных штанг, расположенного в нижнем конце полого плунжера нагнетательного клапана, при этом в клапанной полости всасывающего клапана предусмотрены верхний ограничитель с отверстиями для прохождения добываемой жидкости, направляющая клапана и боковые продольные выемки для прохождения добываемой жидкости, отличающееся тем, что верхний ограничитель всасывающего клапана установлен с возможностью возвратно-поступательного движения в пределах рабочего хода клапана и взаимодействия с нижним окончанием плунжера, направляющие выполнены на боковой поверхности клапанной полости всасывающего клапана, причем их контур соответствует контуру наружной образующей поверхности верхнего ограничителя, а на корпусе клапана выполнены выступы для взаимодействия с опорными ушками верхнего ограничителя.
Недостатками данного всасывающего клапана являются сложность изготовления верхнего подвижного ограничителя со сложным наружным контуром, вставляемому в соответствующий сложный контур боковых выемок, высокая вероятность повреждения седла клапана или шара при механическом прижатии плунжером насоса друг к другу и отсутствие возможности разрушения и подъема на поверхность струей жидкости засора, располагаемого в проходном канале седла клапана.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание простой и надежной конструкции всасывающего клапана глубинного насоса, состоящего из малого количества простых деталей и позволяющего производить разрушение засора клапана струей высокоскоростной жидкости с выносом потоком жидкости на поверхность по лифтовой колонне.
Техническая задача решается всасывающим клапаном глубинного насоса, включающим присоединенный снизу к цилиндру корпус, в клапанной полости которого над седлом с проходным отверстием и ниже верхнего ограничителя с отверстиями расположен подвижный шарик
Новым является то, что верхний ограничитель жестко соединен внутри клапанной полости к корпусу, ниже седла в клапанной полости корпуса выполнены кольцевые верхний и нижний выступы, между которыми концентрично установлено подвижное в продольном направлении сопло, направленное вверх на проходное отверстие седла, сопло снаружи по периметру оснащено кольцевым поясом с продольными каналами, расположенными равномерно по периметру, причем суммарная площадь всех каналов и сопла не менее площади проходного отверстия седла, кольцевой пояс сопла выполнен с возможностью взаимодействия при соответствующем перемещении сопла с верхним выступом, закрывающим каналы, и с нижним выступом, не перекрывающим каналы, при этом масса и конструкция сопла с поясом выполнены так, что перемещение вверх происходит при потоке жидкости снизу-вверх, превосходящим максимальную производительность насоса.
На чертеже изображена схема всасывающего клапана глубинного насоса в продольном разрезе.
Всасывающий клапан глубинного насоса включает присоединенный снизу к цилиндру (не показан) корпус 1, в клапанной полости 2 которого над седлом 3 с проходным отверстием 4 и ниже верхнего ограничителя 5 с отверстиями 6 расположен подвижный шарик 7. Корпус 1 может быть изготовлен совместно с цилиндром насоса, присоединен в цилиндру резьбовым соединением, фланцевым соединением или т.п. (авторы на это не претендуют). Верхний ограничитель 5 жестко соединен внутри клапанной полости 2 к корпусу 1. Ниже седла 3 в клапанной полости 2 корпуса 1 выполнены кольцевые верхний 8 и нижний 9 выступы, между которыми концентрично установлено подвижное в продольном направлении сопло 10, направленное вверх на проходное отверстие 4 седла 3. Сопло 10 снаружи по периметру оснащено кольцевым поясом 11 с продольными каналами 12, расположенными равномерно по периметру. Для исключения высоких сопротивлений потоку жидкости перекачиваемому насосом суммарная площадь всех каналов 12 и сопла 10 не менее площади проходного отверстия 4 седла 3. Кольцевой пояс 11 сопла 12 выполнен с возможностью взаимодействия при соответствующем перемещении сопла 11 с верхним выступом 8, закрывающим каналы 12, и с нижним выступом 9, не перекрывающим каналы 12. Для исключения перемещения сопла при работе насоса вверх масса и конструкция сопла 10 с поясом 11 выполнены так, что перемещение вверх происходит только при обратной промывке - при потоке жидкости снизу-вверх, превосходящим максимальную производительность насоса.
Конструктивные элементы и технологические соединения, не влияющие на работоспособность клапана, на чертеже не показаны или показаны условно.
Всасывающий клапан работает следующим образом.
Перед спуском клапана при необходимости снизу к корпусу 1 присоединяют хвостовик и/или фильтр (не показаны) при помощи резьбы, муфты или фланцев (не показаны). Клапан в составе цилиндра насоса спускают на лифтовых трубах в выбранный интервал скважины (не показаны). Плунжер насоса при помощи штанг присоединяют к устьевому приводу (не показаны). Устьевой привод запускают в работу придавая при помощи штанг возвратно-поступательное перемещение плунжеру внутри цилиндра насоса. При ходе плунжера вверх снизу его в цилиндре создается разряжение (давление жидкости в цилиндре становится ниже чем давление в скважине) шар 7 отходит от отверстия 4 села 3 и жидкость из скважины через каналы 12 кольцевого пояса 11, сопло 10, отверстие 4 седла и отверстия 6 верхнего ограничителя 5 поступает из клапанной полости 2 в цилиндр. Перемещение шара 7 вверх ограничено верхним ограничителем 5. Жидкость над плунжером из-за закрытого нагнетательного клапана плунжера (не показан) из цилиндра насоса направляется в лифтовые трубы. При перемещении плунжера вниз в цилиндре создается избыточное давление (давление жидкости в цилиндре становится выше чем давление в скважине). Шар 7 садится в седло 3, герметично перекрывая его отверстие 4, нагнетательный клапан плунжера открывается перепуская жидкость из полости цилиндра под плунжером в полость - над плунжером. При повторении цикла плунжером скважинная жидкость перекачивается насосом по лифтовым трубам на поверхность. В ходе работы на седле 3, его отверстии 4, шаре 7 и внутренних стенках клапанной полости 2 корпуса 1 откладывается налет и шлам из скважины (засор), что регистрируется снижением производительности насоса из-за неплотного прилегания шара 7 к седлу 3 или увеличением нагрузки на штангах (регистрируется устьевым индикатором веса - не показан) из-за «залипания» шара 7 (прилипания шара 7 к седлу 3). Для очистки всасывающего клапана в межтрубное пространнство скважины (снаружи лифтовых труб) закачивают восстанавливающую жидкость (воду, воду с растворителем или абразивом, реагенты для разрушения отложений, их сочетания и/или т.п.) с потоком (расходом за единицу времени) превосходящим максимальную производительность насоса. Восстанавливающая жидкость снизу проходит в клапанную полость 2 корпуса 1, поднимая сопло 10 с кольцевым поясом 11 до верхнего выступа 8 с закрытием каналов 12 и приближение выхода сопла 10 к отверстию 4 седла 3. При этом восстанавливающая жидкость с высокой скоростью, выходя из сопла 10, проходит через отверстие 4 седла 3, приподымая от седла 3 и обволакивая шарик 7, отражаясь от шарика 7, распределяется по седлу 3, внутренним стенкам клапанной камеры 2 корпуса 1 выходит через отверстия 6 верхнего ограничителя 5 в цилиндр насоса, откуда через нагнетательный клапан плунжера и лифтовые трубы поднимается на поверхность, где после очистки от механических примесей опять направляется в межтрубное пространство скважины. В результате происходит очистка от отложений и шлама отверстия 4, седла 3 внутренних стенок клапанной камеры 2 корпуса 1, по завершению которой (определяется визуально отсутствием выноса механических частиц, датчиками, определяющими отсутствием химических реакций, и/или т.п.) циркуляцию восстанавливающей жидкости прекращают. В результате под собственным весом сопло 10 с кольцевым поясом 11 опускается до нижнего выступа 9 с открытием каналов 12. После чего насос опять запускают в работу. Так как, исходя из практики, в 80 - 90 % случаев выход из строя глубинного насоса связан с потерей работоспособности всасывающего клапана (не плотное прилегание или прилипание шарика 7 к седлу 3), использование подобного клапана значительно увеличивает (практически в 4 - 5 раз) межремонтный период. А наличие всего трех простых в изготовлении деталей (корпуса 1, шарика 7 и сопла 10) значительно упрощает изготовление и обслуживание всасывающего клапана и увеличивает его надежность (как минимум в 2 раза уменьшаются случаи поломки по сравнению с наиболее близким аналогом) без механического воздействия на детали клапана.
Предлагаемый всасывающий клапан глубинного насоса прост и надежен за счет малого количества простых в изготовлении и обслуживании деталей, при этом позволяет производить разрушение засора клапана струей высокоскоростной жидкости с выносом потоком жидкости на поверхность по лифтовой колонне.