ОБРАТНЫЙ КЛАПАН

Полезная модель относится к области арматуростроения, в частности к фонтанной арматуре, предназначенной для предотвращения обратного потока среды в промысловых трубопроводах после стравливания избыточного давления газа из затрубья, и предназначено для использования в комплекте с устьевой арматурой при добыче нефти, преимущественно при низких температурах.
Известна универсальная устьевая скважинная арматура (патент РФ №36428, МПК Ε21B 33/03, опубл. 10.03.2004), состоящая из корпуса, трубодержателя, тройника устьевого сальника, а также газоотводной, выкидной линий и затрубья с угловыми вентилями и обратного клапана, отличающаяся тем, что она снабжена съемным соединением, на одном конце которого имеется накидная гайка с внутренней резьбой для тройника устьевого сальника, а на другом конце - фланец для крепления задвижки, заглушки или лубрикатора, причем тройник устьевого сальника удлинен в нижней части, а в трубодержателе под углом выполнено широкопроходное отверстие с установленным в нем корпусом с глухой крышкой, а при возможности эксплуатации скважины ЭЦН (электроцентробежным насосом) данный узел является узлом уплотнения кабеля, причем крышка выполнена с отверстием для кабельного ввода, при этом для заземления и упрочнения конструкции арматуры установлен стальной козырек.
Данная устьевая арматура имеет существенный конструктивный недостаток, отрицательно влияющий при эксплуатации скважин:
обратный клапан для стравливания газа расположен в необогреваемой зоне, что приводит к примерзанию и отказу в работе при отрицательных температурах (в зимнее время);
невозможность обслуживания данного клапана в период весенней распутицы при повышении уровня воды близлежащих речек и затопления нижней части устьевой арматуры;
не предусмотрено предохранительное устройство, предотвращающее порыв нефтепровода и исключающее розлив добываемой жидкости на прилегающую территорию скважины.
необходимы дополнительные материальные затраты на привлечение специальной техники для уборки замазученности и пропарки устьевой арматуры в случае порыва нефтепровода.
Известен обратный клапан для фонтанных арматур (патент РФ №34200, МПК Ε21B 34/02, опубл. 27.11.2003), содержащий корпус, размещенный соосно с вектором гравитации, направленным нормально к размещенному в корпусе седлу клапана с запирающим органом и ограничителем его перемещения, и фланец для крепления корпуса в трубопроводе, соединяющем затрубное пространство скважины с манифольдной трубой, отличающийся тем, что фланец снабжен нормальным к нему патрубком, длина которого превышает длину трубопровода на величину радиуса манифольдной трубы, а седло размещено на боковой поверхности свободного конца патрубка с заглушенным торцом соосно с манифольдной трубой.
Недостатками данного обратного клапана для фонтанных арматур являются:
сложность конструкции;
невозможность применения в вышеописанных устьевых арматурах типа АУ-140×50 и АУЭ 140×50 для добычи нефти вследствие конструктивных особенностей;
Известен клапан обратный (патент РФ №2605685, МПК F16K 15/03 F16K 31/08, опубл. 27.12.2016), ближайший по технической сущности и принятый за прототип, содержащий корпус с отверстием, седло, шарнирно соединенный затвор и постоянные магниты. Постоянные магниты размещены симметрично вертикальной оси за кольцом, установленным в торцевой части корпуса и выступающим за его пределы с образованием зазора. Магниты и кольцо размещены соосно отверстию. Шарнирно соединенный с корпусом затвор снабжен пластиной, размер которой превышает внешний диаметр кольца. Кольцо и пластина изготовлены из лиофобного материала. Ширина металлической части затвора, выходящей за пределы пластины, равна или больше диаметра магнита. Торцевая часть корпуса и выступ кольца образуют седло.
Недостатками данного клапана обратного являются:
сложность конструкции;
малое проходное сечение, что осложняет процесс промывки забоя и глушения скважины прямой промывкой (путем подачи технологической жидкости в насосно-компрессорные трубы, созданием циркуляции с межтрубным пространством НКТ и эксплуатационной колонны);
расположение в необогреваемой зоне, приводящее к примерзанию и отказу в работе при отрицательных температурах.
Данные прототипы сужают область применения и не являются универсальными.
Наиболее близким по технической сущности является цилиндрический шариковый клапан (патент РФ №77930, МПК F16K 15/04, опубл. 10.11.2008 в Бюл. №31), содержащий корпус с седлом, шарик, расположенный в ступенчатом проходном канале и пружину, взаимодействующую через опорный элемент с шариком, причем опорный элемент имеет форму цилиндра и выполнен с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью канала для ограничения длины хода в открытом положении и создания зазора между опорным элементом и шариком в закрытом положении клапана.
Недостатками данного устройства являются низкая надежность в зимнее время и то, что не может быть использовано в составе устьевой арматуры без специальной подготовки.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение надежности обратного клапана, обеспечение нормальных условий при глушении и промывке скважины, повышение эксплуатационных характеристик устьевой арматуры, обеспечение стравливания межтрубного газа, обеспечение безаварийной работы скважины и как следствие - увеличение межремонтного периода.
Поставленная задача решается следующим образом. Обратный клапан, устанавливаемый на манифольдной линии (1), содержащий корпус (2) с внутренней резьбой, запорный орган в виде шарика (3) с седлом (4) и пружину (5). Для соединения с манифольдной линией (1) в корпусе (2) обратного клапана имеется с двух сторон внутренняя метрическая резьба. В качестве запорного органа возможно использование клапанной пары (шарик и седло) насоса 20(25)-175-RHAM или 25-225-ТНМ в зависимости от диаметра манифольдной линии от 60 мм до 73 мм.
Работает устройство следующим образом. В процессе эксплуатации скважины при превышении давления в межтрубном пространстве над давлением манифольдной линии 1 устьевой арматуры на 1-2 атм., попутный газ приподнимает шарик 3, сжимая пружину 5, и через цилиндрическое отверстие в седле 4 по внутреннему пространству корпуса 2 обратного клапана попадает в манифольдную линию 1 устьевой арматуры, тем самым стравливая давление в межтрубном (затрубном) пространстве скважины. При снижении давления попутного газа в межтрубном (затрубном) пространстве скважины (выравнивании давлений в НКТ и межтрубном пространстве), пружина 5 разжимается, шарик 3 садится и закрывает отверстие в седле 4. Обратный клапан работает в автоматическом режиме. Это позволяет обеспечить постоянный уровень жидкости, постоянное давление в межтрубном (затрубном) пространстве, предотвращение обратного потока среды в промысловых трубопроводах.
В результате применения в качестве запорного органа шарика с седлом и расположения данного устройства в обогреваемой зоне (близко к устьевой арматуре) исключено примерзание и выход из строя обратного клапана в зимнее время, увеличение проходного сечения позволяет безаварийно производить промывку и глушение скважины в насосно-компрессорные трубы. Нахождение обратного клапана в визуальной видимости значительно сокращает риск порыва манифольдной линии и розлива добываемой жидкости на прилегающую территорию скважины.
Данный обратный клапан является многократным в использовании, и в процессе осмотра и ремонта предполагает замену изношенного шарика и седла. Простота конструкции позволяет производить ревизию обратного клапана в процессе эксплуатации скважины без вывоза его в механическую мастерскую, при помощи закрытия углового вентиля и линейной задвижки. Применение обратного клапана позволяет поддерживать оптимальный динамический уровень в скважине, обеспечивающий нормальную работу насоса. Обратный клапан безопасен в эксплуатации для обслуживающего персонала и направлен на сохранение экологии окружающей среды.
Обратный клапан является универсальным, стравливает давление в межтрубном (затрубном) пространстве скважины и предотвращает обратный поток добываемой жидкости в скважину. В агрессивной среде, а также на скважинах, предрасположенных к образованию АСПО для большего эффекта возможно использование клапанной пары (шарик с седлом) с карбид вольфрамовым покрытием.