Клапан устьевой для сброса давления
WELL HEAD FOR PRESSURE RELEASE

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к способам защиты и устройствам устьевого оборудования скважин, а именно для защиты от аварийных перепадов давления между затрубным пространством скважины и выкидной линией в обоих направлениях.
Известен комбинированный шаровой кран-клапан (патент на ПМ RU № 162471, МПК F16K 5/06, опубл. 10.06.2016 в Бюл. № 16), включающий корпус шарового крана с центральным сквозным отверстием, крышку корпуса, шаровую пробку с центральным сквозным отверстием, фиксируемую внутри корпуса седлами, шток, рукоятку, обратный клапан, причем в центральном сквозном отверстии шаровой пробки установлен обратный клапан с расположенными внутри него клапаном, штоком с размещенными на нем упорной втулкой и пружиной, при этом в утолщенной части корпуса обратного клапана выполнены продольные сквозные отверстия, гидравлически связанные с центральным сквозным каналом обратного клапана и шарового крана, а сам комбинированный шаровой кран-клапан установлен на выкидной линии устьевого оборудования скважины.
Этим устройством осуществляют способ защиты устьевого оборудования от аварийных перепадов давления между затрубным пространством скважины и выкидной линией в одном из направлении в зависимости от положения шаровой пробки крана-клапана относительно устья.
Недостатками данного способа являются сложность изготовления, связанная с размещением клапана на шаровой пробке, необходимость постоянного мониторинга скачков давления для своевременного поворота шаровой пробки в нужном направлении, в случаях несвоевременного переключения крана-клапана высока вероятность аварий со стороны закрытия клапана в затрубном пространстве скважины или выкидной линии.
Наиболее близком по технической сущности является способ защиты выкидных трубопроводов скважин от застывания на месторождениях аномальных нефтей (патент RU № 2282102, МПК F17D 1/00, опубл. 20.08.2006 в Бюл. № 23), включающий замену добываемой продукции в выкидном трубопроводе на маловязкий незастывающий агент, причем при остановке скважины открывают затрубную задвижку на устьевой арматуре, самотеком сливают жидкость из выкидного трубопровода в затрубное пространство скважины, замещают жидкость затрубным газом, при этом перед пуском скважины затрубную задвижку закрывают, обеспечивают связь затрубного пространства скважины с выкидным трубопроводом через обратный клапан, установленный на линии, соединяющей выкидной трубопровод с затрубным пространством.
Недостатком данного способа являются узкая область применения из-за невозможности автоматического сброса давления из выкидной линии, необходимость постоянного мониторинга скачков давления в выкидном трубопроводе для своевременного открытия соответствующего крана, в случаях несвоевременного открытия высока вероятность аварий, связанных с порывом трубопровода.
Технической задачей предполагаемого изобретения является создание надежного способа защиты устьевого оборудования от аварийных перепадов давления, позволяющего в автоматическом режиме сбрасывать аварийное давление из затрубья скважины в выкидной трубопровод или наоборот.
Известен клапан обратный (патент на ПМ RU № 127808, МПК E21B 34/06, E21B 33/14, опубл. 10.05.2013 в Бюл. № 13), содержащий полый корпус с размещенными в нем седлом, запорным элементом, причем корпус выполнен в виде цельной цилиндрической конструкции с установленным в нем подпружиненным плунжером с возможностью пропускания потока раствора только к забою, при этом запорный элемент плунжера выполнен в виде сферического запирающего наконечника.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является клапан обратный газовый (патент RU № 2465437, МПК E21B 34/00, опубл. 27.10.2012 в Бюл. № 30), содержащий корпус и клапанный узел, включающий запорный подпружиненный элемент со штоком, имеющий неподвижное соединение с шайбой, причем корпус установлен в межфланцевое пространство трубной головки и имеет кольцевые уплотнительные выступы под соответствующие уплотнительные канавки, выполненные в виде посадочных мест для размещения в них упомянутых кольцевых уплотнительных выступов в местах фланцевого присоединения, клапанный узел содержит неметаллическую втулку, герметично связанную с корпусом посредством разъемного соединения, при этом между корпусом и втулкой установлено эластичное кольцо для герметизации, а втулка выполнена с внутренней конической поверхностью, с которой герметично контактирует запорный подпружиненный элемент, имеющий соответственно внешнюю коническую поверхность.
Недостатками обоих клапанов является то, что они пропускают только в одном направлении, из-за этого не защищают от избыточного давления со стороны закрытия, что может привести к порывам последней.
Технической задачей предполагаемого изобретения является создание конструкции клапана устьевого для сброса давления, позволяющего защитить от аварийных перепадов давления газа в затрубном пространстве скважины и жидкости в выкидной линии устьевого оборудования.
Техническая задача решается способом защиты устьевого оборудования от аварийных перепадов давления, включающим обеспечивают связь затрубного пространства скважины с выкидным трубопроводом через клапан, установленный на линии, соединяющей выкидной трубопровод с затрубным пространством.
Новым является то, что клапан изготавливают двухстороннего действия, благодаря чему производят слив жидкости из выкидного трубопровода в затрубное пространство при резком росте давления в нем до аварийного перепада давления.
Техническая задача также решается клапаном устьевым для сброса давления, содержащим корпус с каналом, оснащенным седлом и запорным подпружиненный от упора к седлу элементом, пропускающим из затрубного пространства в выкидную линию.
Новым является то, что корпус снабжен дополнительным каналом, оснащенным дополнительным седлом и дополнительным запорным подпружиненный от упора к этому седлу элементом, пропускающим из выкидной линии в затрубное пространство, причем усилие прижатия запорных элементов к седлам выбрано так, чтобы исключить перепад давлений, превосходящий аварийный для соответствующих конструктивных элементов устьевого оборудования.
На фиг. 1 изображена схема клапана устьевого в продольном разрезе.
На фиг. 2 изображена схема установки клапана устьевого в устьевом оборудовании.
Клапан устьевой для сброса давления содержит корпус 1 (фиг. 1) с каналом 2, оснащенным седлом 3 и запорным элементом 4, поджатым пружиной 5 от упора 6 к седлу 3 и пропускающим из затрубного пространства 7 (фиг. 2) скважины 8 в выкидную линию 9. Корпус 1 (фиг. 1) снабжен дополнительным каналом 10, оснащенным дополнительным седлом 11 и дополнительным запорным элементом 12, поджатым дополнительной пружиной 13 от своего упора 14 к этому седлу 11 и пропускающим из выкидной линии 9 (фиг. 2) в затрубное пространство 7. Усилие прижатия соответствующими пружинами 5 (фиг. 1) и 13 запорных элементов 6 и 12 к соответствующим седлам 3 и 11 подбирают так, чтобы исключить перепад давлений между выкидной линией 9 (фиг. 2) и затрубным пространством 7, превосходящий аварийный для соответствующих конструктивных элементов 9 и 7 устьевого оборудования 15. Регулировка силы прижатия пружин 5 (фиг. 1) и 13 может осуществляться за счет перемещения соответствующих упоров 6 и 14 по резьбам 16 и 17 (подбирается эмпирическим путем).
Конструктивные элементы и технологические соединения, не влияющие на работоспособность клапана и устьевого оборудования на фиг. 1 и 2 не показаны или показаны условно.
Способ защиты устьевого оборудования от аварийных перепадов давления реализуется следующим образом.
Скважину 8 (фиг. 2) снабжают лифтовой колонной труб 18 и устьевым оборудованием 15, внутритрубное пространство 19 и затрубное пространство 7 сообщают с выкидной линией 9. Между выкидной линией 9 и затрубным пространством 7 устанавливают устьевой клапан с корпусом 1. Причем устьевой клапан изготовлен как клапан двухстороннего действия, благодаря чему производят слив жидкости из выкидного трубопровода 9 в затрубное пространство 7 при резком росте давления в нем до аварийного перепада давления, а также сброс газа из затрубного пространства 7 в выкидной трублопровод 9 при резком росте давления газа внутри этого пространста 7 до аварийного перепада давлений. При отсутствии скачков давлений с обоих сторон от клапана устьевого затрубное пространство 7 в выкидной трублопровод 9 не сообщаются.
При сливе жидкости из выкидного трубопровода 9 запорный элемент 4 (фиг. 1) отжат от седла 3, а при сбросе газа из затрубного пространства 7 (фиг. 2) дополнительный запорный элемент 12 (фиг. 1) отжат от своего седла 11.
Предлагаемые способа защиты устьевого оборудования от аварийных перепадов давления и клапан устьевой для сброса давления просты, надежны позволяют защитить от аварийных перепадов давления газа в затрубном пространстве скважины и жидкости в выкидной линии устьевого оборудования в автоматическом режиме (без участия человека).