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, поджимаемой пружиной, которая опирается 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 и наружной кольцевой проточкой, в которой размещено стопорное кольцо, причем внутренняя полость втулки снабжена со стороны входного патрубка упором, а с противоположной стороны регулировочной заглушкой, при этом в полости втулки с возможностью герметичного осевого перемещения расположен палец, подпружиненный от регулировочной заглушки к упору, причем в осевом канале полого корпуса между радиальным каналом и стаканом выполнена кольцевая выборка под шарики, подпираемые изнутри втулки пальцем, на наружной поверхности которого выполнена кольцевая проточка, выполненная с возможностью взаимодействия с шариками, кроме того, в осевом канале полого корпуса между кольцевой выборкой и стаканом выполнена цилиндрическая выборка с возможностью взаимодействия со стопорным кольцом, при этом в полом корпусе выполнен дополнительный радиальный канал, не перекрываемый втулкой и снабженный манометром.
На фигуре изображено предлагаемое клапанное устройство в продольном разрезе.
Клапанное устройство состоит из полого корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, а также радиальным 4 и осевым 5 каналом. В осевом канале 5 размещен клапан,
состоящий из герметично подвижной втулки 6, поджимаемой пружиной 7, которая опирается на регулируемый негерметичный стакан 8, установленный в осевом канале 5.
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 и наружной кольцевой проточкой 11, в которой размещено стопорное кольцо 12 (например, выполненное разрезным из пружинной стали круглого сечения). Стопорное кольцо 12 находится в наружной кольцевой проточке 11 втулки 6 в сжатом состоянии, когда клапан закрыт (см. фигуру) и в разжатом состоянии, когда клапан открыт.
Внутренняя полость втулки 6 снабжена со стороны входного патрубка 2 упором 13, а с противоположной стороны регулировочной заглушкой 14. Внутри подвижной втулки 6 с возможностью герметичного осевого перемещения расположен палец 15, подпружиненный посредством пружины 16 от регулировочной заглушки 14 к упору 13. В осевом канале 5 полого корпуса 1 между радиальным каналом 4 и стаканом 8 выполнена кольцевая выборка 17 под шарики 10, подпираемые изнутри втулки 6 пальцем 15. На наружной поверхности пальца 15 выполнена кольцевая проточка 18, выполненная с возможностью взаимодействия с шариками 10. В осевом канале 5 полого корпуса 1 между кольцевой выборкой 17 и стаканом 8 выполнена цилиндрическая выборка 19 с возможностью взаимодействия со стопорным кольцом 12, размещенным в наружной кольцевой проточкой 11 втулки 6.
В полом корпусе 1 выполнен дополнительный радиальный канал 20, не перекрываемый втулкой 6 и снабженный манометром 21 с помощью которого проводят настройку клапанного устройства и контроль в процессе работы.
Несанкционированные перетоки исключаются уплотнительными элементами 22, 23.
Клапанное устройство работает следующим образом.
Клапанное устройство в сборе устанавливают в состав оборудования устья скважины (например, в составе ОУ 140-146/168-65А или ОУ140-146/168-65Б) 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.
Для этого пружину 16 путем заворота или отворота регулировочной заглушки 14 настраивают на определенное давление (например, 6,0 МПа), при котором клапан должен открыться, то есть втулка 6 должна переместится относительно полого корпуса 1 и открыть
радиальный канал 4 полого корпуса 1, а пружину 7 настраивают путем заворота или отворота стакана 8 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 по входному патрубку 2 поступает в осевой канал 5 полого корпуса 1 и воздействует на торец пальца 15. По достижении в осевом канале 5 полого корпуса 1 давления открытия клапана, как отмечено выше - 6,0 МПа, палец 15 перемещается от упора 13 втулки 6, сжимая пружину 16 до тех пор, пока шарики 10 попадут в кольцевую проточку 18, выполненную на наружной поверхности пальца 15, при этом шарики 10 выпадают из кольцевой выборки 17 полого корпуса 1. В этот момент, перемещение пальца 15 относительно втулки 6 прекращается и уже втулка 6 смещается в сторону стакана 8 относительно полого корпуса 1, сжимая пружину 7. Перемещение втулки 6 происходит до тех пор, пока стопорное кольцо 12, находящееся в наружной кольцевой проточкой 11 стакана 6 попадет в цилиндрическую выборку 19 полого корпуса 1, где происходит его расжатие и фиксация 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 стопорное кольцо 12, которое фиксирует втулку 6 относительно полого корпуса 1 в цилиндрической выборке 19, вызывая сжатие стопорного кольца 12. В результате стопорное кольцо 12 сжимается, утопая в наружной кольцевой проточке 11 втулки 6. Втулка 6 перемещается 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 17 полого корпуса 1, при этом шарики 10 выпадают из кольцевой проточки 18 пальца 15. 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 15, освободившийся от взаимодействия с шариками 10, за счет возвратной силы пружины 16 перемещается относительно втулки 6 до тех пор, пока не упрется в упор 13 втулки 6.
Давление открытия и закрытия клапана в процессе работы контролируется с помощью манометра 21, связанного с осевым каналом 5 полого корпуса 1 посредством дополнительного радиального канала 20 и может регулироваться, начиная с нуля и выше непосредственно
в процессе работы клапанного устройства, путем отворота либо заворота стакана 8 и/или регулировочной заглушки 14.
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.