КЛАПАН-ОТСЕКАТЕЛЬ ПРИУСТЬЕВОЙ ГИДРОУПРАВЛЯЕМЫЙ

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использована для герметизации трубного пространства при эксплуатации скважины и во время осложнений возникающих при аварийных ситуациях (фонтан и др.).
Известен клапан-отсекатель с установочным приспособлением для газовой скважины в условиях аварийной ситуации, содержащий корпус с седлом, запорный орган, узел управления запорным органом в виде подпружиненного штока, установленного в корпусе с возможностью осевого перемещения, проточку с ниппельным профилем, выполненную в корпусе над узлом управления запорным органом и расширительную втулку, выполненную в виде цилиндрической пружины, размещенную автономно в зоне запорного органа и установленную с помощью приспособления, RU №93874 U1, E21B 34/06, 10.05.2010.
Известен обратный устьевой клапан нефтегазовой скважины, включающий полый корпус, оснащенный подводящим патрубком основного компонента - пластового флюида и подводящим патрубком сбрасываемого компонента, внутренний блок с корпусом в виде стакана с отверстием в его боковой стенке, установленный под углом к вектору потока пластового флюида и пересекающий его с образованием кольцевой полости, запорный орган, имеющий подвижную и неподвижную части и разделяющий его полость на входную перед запорным органом и рабочую за запорным органом по направлению потока затрубного газа, RU №2367775 С1, Е21В 34/02, Е21В 33/03, 20.09.2009; RU №2372471 С1, Е21В 34/02, Е21В 33/03, 10.11.2009; RU №2375553 С1, Е21В 34/02, Е21В 33/03, 10.12.2009.
Известен клапан-отсекатель для газовой скважины, содержащий корпус с седлом, запорный орган, узел управления запорным органом, включающий подпружиненный шток с осевым каналом, установленный в корпусе с возможностью осевого перемещения и образующий с корпусом кольцевую полость для подачи управляющего агента, выполненную с возможностью одновременного глушения каналов подачи управляющего агента, RU №2311578 С1, Е21В 34/06, F16K 3/04, 27.11.2007.
Известный клапан-отсекатель предназначен для автоматического отсечения потока флюида газовой скважины при аварийном повышении давления.
Известен клапан-отсекатель, содержащий корпус с осевым каналом и размещенным в корпусе запорным элементом, выполненным в виде полого дифференциального поршня с размещенной в нижней его части цангой, и снабженный направляющим цилиндром, установленным в корпусе с образованием кольцевого зазора, RU №2145024 C1, E21B 34/08, F16K 17/34, 27.01.2000.
Известен клапан-отсекатель, содержащий корпус, установленный в корпусе подпружиненный шток с поршнем, кольцевую гидравлическую камеру, сообщенную с трубкой подвода жидкости, и тарельчатый затвор, выполненный с возможностью перехода в открытое положение при подводе жидкости в кольцевую гидравлическую камеру, RU №2160357 С2, Е21В 34/06, 10.12.2000.
Известен клапан-отсекатель газовый, включающий затвор и расположенную над ним и образующую с корпусом замкнутую камеру, подвижную втулку с кольцевым поршнем, связанную с затвором с возможностью перевода его в положение "закрыто" при движении поршня в направлении увеличения объема камеры, RU №2194845 С2, Е21В 34/06, 20.12.2002.
Известен клапан-отсекатель, содержащий корпус с входным и выходным штуцерами, седло с затвором, пилотный механизм в виде взаимодействующих в средней части подпружиненного вертикального штока и горизонтального поршня, выполненный в виде механизма управления, и устройство взвода, причем нижний конец вертикального подпружиненного штока через серьгу соединен с затвором, RU №2315173 C1, E21B 34/02, 20.01.2008.
Известен клапан-отсекатель, содержащий корпус, шток, цангу, запорный орган, втулку-толкатель с кольцевым буртиком на наружной поверхности, пружину, взаимодействующую с кольцевым буртиком втулки-толкателя, втулку упорную, размещенную в кольцевой полости между втулкой-толкателем, запорным органом и корпусом, RU №2293839 С1, Е21В 34/06, 20.02.2007.
Известен противовыбросовый клапан устьевого сальника, включающий металлический затвор, установленный с возможностью поворота на металлической оси, и металлическую пружину кручения, расположенную на той же оси, имеющую возможность воздействия на затвор в сторону его закрытия, при этом нагруженный пружиной открытый затвор зафиксирован металлическим рычажным фиксатором, который оснащен полимерным опорным элементом, контактирующим с сальниковым штоком, и установлен с возможностью поворота на металлической оси, расположенной под открытым затвором, RU №2165003 С1, Е21В 34/02, 10.04.2001.
Известен клапан-отсекатель для газовой скважины, содержащий корпус с седлом, запорный орган, узел управления запорным органом в виде подпружиненного штока, установленного в корпусе с возможностью осевого перемещения, SU №1357547 А1, Е21В 34/06, 07.12.1987.
Известные клапан-отсекатели имеют индивидуальное конструктивное выполнение, в них не предусмотрены устройства, обеспечивающие надежное положение запорному органу вне зависимости от состояния гидроуправляющей системы.
Известен клапан-отсекатель (Baker), содержащий затвор в виде тарелки, вращающийся вокруг оси, расположенный вне его оси, выполненный с пружиной кручения на его оси, которая обеспечивает прижатие затвора к уплотняемой поверхности в виде двух сопрягаемых деталей как конус в конус, Проспект фирмы «Baker Oil Tools», каталог «Скважинные системы безопасности скважин», С.8, 2005.
В известном клапан-отсекателе (Baker) при повороте затвора его коническая поверхность и ответная поверхность совершают сложное по отношению друг к другу движение, требующее высокой точности соосности двух деталей и цилиндричности самих поверхностей, а также то, что пружина кручения, находящаяся на оси поворота затвора, прижимает затвор неравномерно только с одной стороны, вызывающий перекос затвора и уплотняемой детали, а как следствие негерметичности.
Кроме того, в известном клапан-отсекателе (Baker) поворот затвора (при большом его весе) в горизонтальное положение и удержание в процессе герметизации требует большего предварительного усилия, а при ограниченном пространстве и большом угле поворота невозможно установить мощную пружину, тем более, что с увеличением бокового усилия на затвор перекос еще вероятнее.
Кроме того, в известном клапан-отсекателе (Baker) уплотнение конус в конус требует наличие для затвора сложного шарнира, который должен иметь не менее пяти степеней свободы для обеспечения самоустановки.
Известен клапан-отсекатель приустьевой гидроуправляемый, содержащий сборный корпус, имеющий гидравлический ввод для подведения управляющей жидкости под давлением, запорный орган в виде тарельчатого затвора, узел управления запорным органом в виде подпружиненного штока, установленный в корпусе с возможностью осевого перемещения, RU №94279 U1, E21B 34/06, 20.05.2010.
Данное техническое решение принято в качестве ближайшего аналога настоящей полезной модели.
В клапан-отсекателе ближайшего аналога уплотняемая поверхность затвора и ответной детали выполнены плоскопараллельно, что снижает требования к шарниру, например, выполнение четырех степеней свободы, узел управления запорным органом содержит запирающийся элемент с пружиной кручения, поворачивающей затвор, находящейся на одной оси с ним, обеспечивающей взаимодействие с затвором с одной - ближайшей к нему стороне, и создающей неравномерность силового прижима уплотняемых поверхностей, при этом удлинение упорного конца пружины, с целью переноса точки приложения силы ближе к центру затвора, нарушает характеристику пружины и влияет на надежность предварительного уплотнения.
В основу настоящей полезной модели положено решение задачи, позволяющей увеличить надежность уплотнения и обеспечить надежность клапан-отсекателя как при эксплуатации, так и при возникновении аварийных ситуаций.
Технический результат настоящей полезной модели заключается в выполнении клапан-отсекателя с двумя ступенями уплотнения посредством установки блока уплотнений, как первой ступени, и уплотняемой втулки, как второй ступени уплотнения, и в выполнении блока уплотнений с приводом вращения тарельчатого затвора в виде коромысла с пружиной растяжения, независимым от тарельчатого затвора, установленным с ним на одной оси вращения и имеющим возможность взаимодействия с тарельчатым затвором в точке его симметрии.
Согласно полезной модели эта задача решается за счет того, что клапан-отсекатель приустьевой гидроуправляемый содержит сборный корпус, имеющий гидравлический ввод для подведения управляющей жидкости под давлением, запорный орган в виде тарельчатого затвора, узел управления запорным органом в виде подпружиненного штока, установленный в сборном корпусе с возможностью осевого перемещения.
Клапан-отсекатель имеет две ступени уплотнения в виде блока уплотнений и уплотняемой втулки с упругим полимерным уплотнением.
Блок уплотнений установлен в копусе и выполнен с закрепленной на нем пружиной растяжения.
В блоке уплотнений размещен тарельчатый затвор.
На одной оси вращения с тарельчатым затвором установлено коромысло.
Коромысло имеет возможность взаимодействия посредством пружины растяжения на тарельчатый затвор.
Тарельчатый затвор имеет соединение с осью вращения с четырьмя степенями свободы, выполненное в виде овального отверстия.
Овальное отверстие ограничивает движение тарельчатого затвора в закрытом положении клапан-отсекателя и обеспечивает свободу вращения вокруг оси, на которой он расположен, и линейного перемещения до прижатия тарельчатого затвора с уплотняемой втулкой (уплотнение металл-металл) по плоскости.
Блок уплотнений выполнен в качестве первой ступени уплотнения (предварительной).
Вторая ступень уплотнения содержит упругое полимерное уплотнение.
Упругое полимерное уплотнение выполнено в уплотняемой втулке и содержит два резиновых кольцевых уплотнителя.
Резиновые кольцевые уплотнители разделены подвижным разделительным кольцом.
При этом коромысло имеет необходимую длину, при которой воздействие коромысла на тарельчатый затвор должно быть размещено в центре тарельчатого затвора или в непосредственной близости к нему.
Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о техническом решении, идентичном признакам, приведенным в формуле настоящей полезной модели, это определяет, по мнению заявителя, соответствие полезной модели критерию «новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где изображены:
на фиг.1 - Клапан-отсекатель в рабочем положении (нормально-закрыт), разрез;
на фиг.2 - Клапан-отсекатель в открытом положении в процессе работы скважины (жидкость управления подана под давлением в клапан-отсекатель), разрез;
на фиг.3 - Блок уплотнений и уплотняемая втулка с полимерным уплотнением в исходном положении, разрез;
на фиг.4 - Блок уплотнений и уплотняемая втулка с упругим полимерным уплотнением в рабочем положении, разрез;
на фиг.5 - Упругое полимерное уплотнение, разрез.
Клапан-отсекатель содержит:
Сборный корпус - 1,
гидравлический ввод (в корпусе 1) - 2.
Запорный орган в виде тарельчатого затвора - 3.
Узел управления запорным органом в виде подпружиненного штока -4,
пружину сжатия (узла 4) - 5.
Блок уплотнений - 6,
пружину растяжения (на блоке 6) - 7,
коромысло (в блоке 6) - 8,
ось вращения (для затвора 3 и коромысла 8) - 9,
соединение с четырьмя степенями свободы (затвора 3 с осью 9) - 10,
овальное отверстие (соединения 10) - 11.
Уплотняемую втулку - 12,
упругое полимерное уплотнение (втулки 12) - 13,
резиновые кольцевые уплотнители (уплотнения 13) - 14,
подвижное разделительное кольцо (между уплотнителями 14) - 15.
Клапан-отсекатель приустьевой гидроуправляемый содержит сборный корпус 1, запорный орган в виде тарельчатого затвора 3, узел управления 4 запорным органом 3 в виде подпружиненного штока, блок уплотнений 6, уплотняемую втулку 12 с упругим полимерным уплотнением 13.
В сборныом корпусе 1 выполнен гидравлический ввод 2 для подведения управляющей жидкости под давлением, например, по трубке (не показана).
Узел управления 4 запорным органом 3 в виде подпружиненного штока, снабженного пружиной сжатия 5, установлен в сборном корпусе 1 с возможностью осевого перемещения.
Клапан-отсекатель имеет две ступени уплотнения в виде блока уплотнений 6 и уплотняемой втулки 12 с упругим полимерным уплотнением 13.
Блок уплотнений 6 установлен в сборном копусе 1 и содержит закрепленную на нем пружину растяжения 7 и размещенный в нем тарельчатый затвор 3. Тарельчатый затвор 3 имеет возможность взаимодействия с подпружиненным штоком.
На одной оси вращения 9 с тарельчатым затвором 3 установлено коромысло 8 с возможностью взаимодействия посредством пружины растяжения 7 на тарельчатый затвор 3.
Коромысло 8 имеет необходимую длину, при которой воздействие коромысла 8 на тарельчатый затвор 3 должно быть размещено, по крайней мере, в центре тарельчатого затвора 3 или в непосредственной близости к нему.
Тарельчатый затвор 3 с осью вращения 9 имеет соединение 10 с четырьмя степенями свободы, выполненное в виде овального отверстия 11.
Овальное отверстие 11 позволяет организовать отсутствие линейного движения тарельчатого затвора 3 в закрытом положении клапан-отсекателя по оси Х и по оси У, но иметь свободу для вращения по этим осям, а по оси Z еще иметь линейное перемещение, которое позволяет прижаться к уплотняемой втулке 12 (уплотнение металл-металл) по плоскости.
Блок уплотнений 6 выполнен в качестве первой ступени уплотнения (предварительной).
Уплотняемая втулка 12 с упругим полимерным уплотнением 13 выполнена в качестве второй ступени уплотнения и является активным уплотнителем, начинающим работать при воздействии повышенного давления на тарельчатый затвор 3.
Упругое полимерное уплотнение 13 содержит два резиновых кольцевых уплотнителя 14, установленных внутри полимерного уплотнения 13. Резиновые кольцевые уплотнители 14 разделены подвижным разделительным кольцом 15.
Работа клапан-отсекателя осуществляется следующим образом.
В скважине клапан-отсекатель находится в открытом положении за счет постоянной подачи жидкости в него насосной станцией, стоящей на устье.
При этом подпружиненный шток выдвинут до упора в блок уплотнителей 6, а тарельчатый затвор 3 вместе с коромыслом 8 повернуты от оси скважины. Пружина растяжения 7 растянута.
Добываемый флюид проходит через клапан-отсекатель, не попадая на тарельчатый затвор 3 и узел управления 4.
Как только автоматика отключит подачу жидкости для управления клапан-отсекателем, пружина сжатия 5 переместит шток узла управления 4 и освободит тарельчатый затвор 3.
Пружина растяжения 7 повернет коромысло 8 на оси вращения 9, а коромысло 8, так как оно находится на одной оси вращения 9 с тарельчатым затвором 3, повернет его, воздействуя на него в точке осей симметрии, без линейных перемещений в этой точке.
При этом после поворота тарельчатого затвора 3, он может перемещаться линейно по оси Z за счет овальных отверстий 11 и прижаться к уплотняемой втулке 12 (уплотнение металл-металл), резиновым кольцевым уплотнителям 14 и упругому полимерному уплотнению 13. Произошло предварительное уплотнение.
По мере роста давления в скважине тарельчатый затвор 3 сильнее прижимается к уплотняемой втулке 12, а резиновые кольцевые уплотнители 14 и упругое полимерное уплотнение 13 перемещаются навстречу тарельчатому затвору 3 и доуплотняют его, обеспечивая активное уплотнение при действии повышенного давления на него.
Предлагаемая полезная модель обеспечивает надежность клапан-отсекателя как при эксплуатации, так и при возникновении аварийных ситуаций, за счет увеличения надежности уплотнения.
Данная задача решается за счет установки на ось вращения 9 тарельчатого затвора 3 коромысла 8.
Одно плечо коромысла 8 выполнено такой длины, которой достаточно, чтобы нагрузку поворота тарельчатого затвора 3 и герметизации осуществлять в центре осей его симметрии, перпендикулярной тарельчатому затвору 3 силой, без каких-либо крутящих моментов, передаваемых через сам тарельчатый затвор 3.
Второе плечо коромысла 8 соединено с одной (несколькими) пружинами растяжения 7, позволяющими создать необходимое, мощное усилие предварительного прижатия уплотняющей и уплотняемой поверхностей, при этом эти поверхности выполнены плоскопараллельно друг к другу, а отверстие, в котором тарельчатый затвор 3 установлен на оси вращения 9, выполнены в виде овальных отверстий 11 относительно оси симметрии клапана-отсекателя при закрытом тарельчатом затворе 3, что позволяет ему не только повернуться на 90 градусов, но и, после этого, совершить линейное перемещение вдоль оси симметрии клапан-отсекателя, равномерно прижавшись к уплотняемой втулке 12. Первая ступень уплотнения - предварительная
Дополнительно выполнена вторая ступень уплотнения, которая состоит из четырех деталей, двух резиновых кольцевых уплотнитей 14, между которыми расположено подвижное разделительное кольцо 15 и упругое полимерного уплотнения 13 с мягкой уплотняющей кромкой.
Вторая ступень уплотнения увеличевает надежность предварительного уплотнения клапан-отсекателя, перед тем как давлением уплотняемого флюида тарельчатый затвор 3 прижмется к уплотняемой втулке 12.
Вторая ступень является активным уплотнением, за счет давления уплотняемой среды, и по мере увеличения давления, увеличивает прижатие к тарельчатому затвору 3 и позволяет доуплотнить уплотнение (уплотнение металл-металл) тарельчатого затвор 3 и уплотняемой втулки 12.
В предложенном клапан-отсекателе использованы устройства, детали и узлы, широко применяемые для скважинной арматуры, а изготовление его на ООО «Научно-производственная фирма завод «Измерен»» и проведение опытных испытаний обусловливает, по мнению заявителя, его соответствие критерию «промышленная применимость».