КЛАПАН ОБРАТНЫЙ ПРОМЫВОЧНЫЙ

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к внутрискважинному оборудованию, и может быть использована при добыче нефти, промывке насосов и освоении скважин, а также при закачке химических реагентов в скважины при условиях, осложненных эксплуатацию (отложениях солей, гидратов, парафинов и других нежелательных твердых образований).
Известен обратный клапан, содержащий корпус с верхней и нижней присоединительными резьбами, служащими для встраивания клапана в колонну насосно-компрессорных труб, запорный элемент в форме шара, пружину, муфту для регулировки поджатия пружины, подвижный элемент со сквозными радиальными отверстиями, имеющий форму ступенчатого стакана, внутри которого в месте сопряжения разных диаметров выполнена фаска, являющаяся седлом для запорного элемента [патент RU №2391592 C1, МПК F16K 15/04, опубл. 10.06.2010].
Недостаток этого клапана заключается в том, что при промывке жидкость с химическими реагентами поступает во внутреннее пространство корпуса клапана, где установлена пружина и под воздействием химически агрессивной среды появляется большая вероятность невозвратности пружины в исходное положение, вследствие чего будет нарушен режим эксплуатации и потребуется проводить капитальный ремонт скважины. Кроме того, из-за отсутствия фиксации подвижного элемента в крайнем положении, при закачке в клапан химических реагентов или промывке насоса формируется поток рабочей среды, приводящий к пульсационной работе клапана.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является клапан обратный промывочный [патент на полезную модель RU 104618 U1, МПК E21B 34/06, опубл. 20.05.2011], содержащий корпус с верхней и нижней присоединительными резьбами, служащими для встраивания клапана в колонну насосно-компрессорных труб, состоящий из верхней, средней и нижней частей, шар в качестве запорного элемента, ограничитель движения шара вверх, неподвижный полый шток со сквозными радиальными каналами, верхняя часть которого выполнена в виде седла для шара, 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 в виде выступа на средней части корпуса. Для регулирования усилия сжатия пружины между торцом верхней части составного корпуса и упором в средней части установлено упорное и разрезное кольцо. Ограничитель движения шара вверх расположен в верхней части корпуса и выполнен в виде цанги, обеспечивающей проток жидкости. Подвижный полый поршень имеет два бурта, с помощью которых фиксируется его движение по вертикали при определенном давлении.
Одним из недостатков известного клапана является возможность попадания в радиальный зазор между штоком и поршнем взвешенных твердых частиц песка, находящихся в пластовой жидкости, которые при длительной эксплуатации постепенно уплотняются и создают условия для нарушения подвижной посадки поршня на штоке, вследствие чего будет нарушен режим промывки полости центробежных насосов и закачки химических реагентов в скважину и потребуется проведение капитального ремонта скважины. Кроме того, односторонняя фиксация поршня с помощью буртов в крайнем положении при промывке насоса или закачке химических реагентов недостаточно надежна, так как при колебаниях давления свыше рабочего происходят возвратно-поступательные движения поршня, что при наличии твердых частиц песка в подвижном соединении приводит к износу уплотнения, в следствие чего нарушается герметичность подвижного соединения. Другим недостатком известной конструкции является высокая вероятность заклинивания подвижного поршня из-за протяженности контакта его посадочного места со штоком при перемещении. К тому же тонкостенная верхняя часть штока, выполненная в виде седла, может деформироваться в радиальном направлении при ударных нагрузках шара, что также приводит к нарушению подвижной посадки поршня на штоке и, в конечном итоге, снижает эффективность работы клапана.
Задачей настоящей полезной модели является повышение эффективности работы клапана при добыче нефти.
Указанный технический результат достигается тем, что в клапане обратном промывочном, содержащим 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, согласно полезной модели, 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 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 сжимающегося пружинного кольца.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично представлен заявляемый клапан обратный промывочный при работе насоса (во время добычи пластовой жидкости); на фиг. 2 - клапан при остановке насоса; на фиг. 3 - клапан при промывке; на фиг. 4 - полый шток, вид А фиг. 1.
Клапан обратный промывочный содержит корпус с присоединительными резьбами, предназначенными для встраивания клапана в колонну насосно-компрессорных труб (НКТ), неподвижный полый шток 7 с радиальными каналами 19, клапанную пару, включающую шар 3 и седло 22, подвижный в осевом направлении полый поршень 9 и пружину 12 с регулируемым усилием сжатия (фиг. 1-3). Корпус состоит из верхней 1, средней 11 и нижней 14 частей (фиг. 1). Между верхней 1 и средней 11 частями корпуса размещен центратор 6, нижняя торцевая поверхность которого служит упором для ограничения движения полого поршня 9 вверх. Поршень 9 расположен на внешней образующей полого штока 7 соосно и имеет возможность при перемещении вдоль него перекрывать или открывать каналы 19. Снизу поршень 9 опирается на пружину 12, усилие сжатия которой регулируется прокладками 13, установленными между ней и торцом нижней части 14. На нижней части внутренней поверхности поршня 9 выполнена кольцевая канавка, в которой установлено разжатое пружинное кольцо 10, на наружной поверхности полого штока 7 сформированы две кольцевые фиксирующие канавки 17 аналогичного профиля (фиг. 4). При совмещении кольцевой канавки на поршне 9 с одной из фиксирующих канавок 17 на штоке 7 образуется кольцевая полость, в которой пружинное кольцо 10 сжимаясь, фиксируется и, как следствие, обеспечивает двухстороннюю фиксацию подвижного полого поршня 9 в крайних положениях, что исключает возможность его возвратно-поступательного движения. С целью предотвращения заклинивания поршня 9 во время перемещения нижний участок 16 полого штока 7, расположенный в исходном положении ниже подвижного поршня 9, выполнен с уменьшенным на величину конструктивного зазора наружным диаметром по сравнению с верхним участком. Ниже радиальных каналов 19 на наружной поверхности полого штока 7 установлены эластомерные уплотнительные кольца 18, которые перекрывают зазор между полым штоком 7 и подвижным поршнем 9, препятствуя попаданию в него твердых частиц (фиг. 1).
Седло 22, выполненное в виде отдельной втулки, вмонтировано в посадочное отверстие полого штока 7 и уплотняется снизу медным кольцом 4. В верхней части корпуса 1 имеются центральное отверстие 20, которое служит ограничителем для движения шара 3 вверх, и каналы 21 для протока пластовой жидкости при работе насоса. В верхней части отверстие 20 снабжено эластомерной прокладкой 2, предназначенной для амортизации ударных нагрузок шара 3.
Для обеспечения герметичности резьбовых соединений частей корпуса между ними установлены эластомерные уплотнительные кольца 15. Герметичность подвижного поршня 9 с центратором 6 и штоком 7 обеспечивается за счет эластомерных уплотнительных колец 5, 8. В верхней части корпуса 1 сформированы каналы 23 для протока обрабатывающей жидкости при промывке насоса.
Клапан обратный промывочный работает следующим образом.
При включении насоса (не показан) перекачиваемая пластовая жидкость, содержащая твердые частицы, поступает из насоса в полый шток 7, поднимает шар 3 с седла 22 и перемещает его в верхнюю часть отверстия 20 до упора с эластомерной прокладкой 2, после чего выходит через открывшиеся каналы 21 (фиг. 1) в НКТ, откуда выводится на поверхность. Проникновение твердых частиц, находящихся во взвешенном состоянии в потоке пластовой жидкости, через каналы 19 в штоке 7 в зазор подвижного соединения поршня 9 со штоком 7 предотвращают эластомерные уплотнительные кольца 18, сохраняя тем самым подвижность поршня 9 на полом штоке 7. При этом напор, создаваемый насосом, действует на подвижный поршень 9 и удерживает его с помощью пружины 12 в крайнем верхнем положении, обеспечивающем перекрытие радиальных каналов 19 в полом штоке 7.
При остановке насоса (фиг. 2) шар 3 опускается и садится в седло 22, перекрывает переток жидкости в обратном направлении в полость насоса, таким образом реализуется функция обратного клапана. Седло 22, воспринимая ударные нагрузки шара 3, передает на шток 7 только осевые составляющие этой нагрузки, что предохраняет шток 7 от радиальных деформаций. Задаваемый расчетный перепад давления в клапане над и под шаром 3, обусловленный разностью давлений под клапаном и давлением столба жидкости в колонне насосно-компрессорных труб над клапаном, удерживается поршнем 9 и пружиной 12 с регулируемым усилием сжатия.
При промывке полости насоса с целью очистки его от налипших во время эксплуатации твердых взвешенных частиц песка, асфальтосмолистых веществ и солей производится закачка обрабатывающей жидкости с различными химическими реагентами через колонну насосно-компрессорных труб. При достижении во время закачки расчетного значения давления над клапаном, подвижный поршень 9 с пружинным кольцом 10 снимается с верхней фиксирующей канавки 17 на штоке 7 (фиг. 4), перемещается вниз, сжимая пружину 12 и открывая радиальные каналы 19 в штоке 7 (фиг. 3). Благодаря уменьшенному диаметру нижнего участка 16 штока 7 обеспечивается свободное скольжение по нему поршня 9 вниз. Канавка с разжатым пружинным кольцом 10 при движении поршня 9 вниз совмещается с нижней кольцевой канавкой 17 на штоке 7, образуя общую кольцевую полость, в которой разжатое кольцо 10 сжимается и фиксируется, закрепляя тем самым поршень 9 на штоке 7 в крайнем нижнем положении.
В результате образуется связь над- и подклапанного пространств, жидкость с реагентами через каналы 23 в верхней части корпуса 1 и каналы 19 поступает внутрь полого штока 7 и направляется в полость насоса, где, растворяя отложения, очищает от них рабочие поверхности насоса. После прекращения подачи обрабатывающей жидкости избыточное давление в колонне насосно-компрессорных труб выше клапана снимается. Пружина 12 начинает разжиматься, под воздействием чего подвижный поршень 9 с пружинным кольцом 10 снимается с нижней фиксирующей канавки 17 на штоке 7, перемещается вверх, перекрывает радиальные каналы 19 полого штока 7, фиксируется пружинным кольцом 10 в верхней канавке 17, и клапан возвращается в исходное состояние (фиг. 2).
Таким образом, заявленная конструкция обеспечивает более надежную работу клапана за счет устранения заклинивания поршня, защиты подвижного соединения от попадания твердых частиц и более надежной двухсторонней фиксации поршня на штоке, что повышает эффективность эксплуатации насосного оборудования в целом.