Клапан промывочный шариковый
RINSING BALL VALVE

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к клапанным устройствам для скважин, оборудованных глубинными насосами, и может быть использовано для периодического пропуска промывочной жидкости из колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) в затрубное пространство для размыва гидратных пробок, образующихся в скважине в процессе эксплуатации при добыче пластовой жидкости.
Известен клапан промывки насосно-компрессорных труб (патент РФ №9474, E21B 34/10, опубликовано 16.03.1999), содержащий корпус, в котором установлен поршневой затвор, шариковый клапан, в корпусе выполнены боковые отверстия для пропуска промывочной жидкости, корпус снабжен ограничителем с крышкой, установленным по разные стороны от боковых отверстий, между которыми с возможностью свободного перемещения расположен поршневой затвор, с которым крышка образует клапанную пару с возможностью перекрытия боковых отверстий в одном крайнем положении поршневого затвора и открытия данных отверстий в другом крайнем положении поршневого затвора.
Недостатками известного клапана являются:
- низкая надежность работы клапана ввиду возможности заклинивания поршневого затвора в корпусе из-за вибраций при работе насоса, а также из-за попадания частиц примесей промывочной жидкости в зазор между поршневым затвором и корпусом и/или крышкой, при этом происходит отказ работы клапана;
- повышенные гидравлические потери жидкости при промывке НКТ ввиду изменения направления потока жидкости на 180 градусов, при этом присутствующие в потоке твердые частицы под действием силы тяжести и скоростного напора потока жидкости, направленного вниз, оседают на шаре, тем самым заклинивают запорный элемент в седле, препятствуя в дальнейшем добыче жидкости.
Известен скважинный узел установки для промывки насосно-компрессорных труб от асфальтосмолопарафиновых отложений (патент РФ 89599, E21B 37/00, опубликовано 10.12.2009), взятый в качестве прототипа, содержащий обратный клапан, в корпусе которого установлен подпружиненный запорный элемент и выполнены каналы для прохода промывочной жидкости, входной канал клапана имеет возможность соединения с полостью НКТ, а выходной - с полостью обсадной трубы, при этом диаметральные размеры корпуса клапана соответствуют диаметральным размерам муфты НКТ, в корпусе клапана выполнены продольные сквозные каналы для сообщения полости НКТ над корпусом клапана с полостью НКТ под корпусом, а входной канал обратного клапана расположен ниже выходного, узел подпружинивания запорного элемента выполнен в виде герметичного цилиндра с подпружиненным поршнем, соединенным с запорным элементом.
Недостатками известного клапана являются:
- низкая надежность работы клапана ввиду сложности конструкции, наличия дополнительных деталей поршня, размещенного между шаром и пружиной, цилиндра для установки пружины, а также возможности заклинивания подпружиненного поршня в цилиндре из-за попадания твердых частиц в зазор между сопрягаемыми поверхностями поршня и цилиндра, вследствие чего клапан становится неработоспособным;
- повышенные габаритные размеры устройства из-за выполнения диаметра корпуса клапана большим ввиду выполнения продольных каналов для сообщения полости под корпусом клапана с полостью над корпусом клапана на периферии корпуса;
- повышенные гидравлические потери жидкости при промывке НКТ ввиду изменения направления движения потока жидкости на 180 градусов при прохождении потока по продольным каналам клапана сначала в нижнюю полость, а затем движение потока в обратном направлении по входному каналу вверх, затем, огибая шар, выход жидкости через горизонтальный выходной канал в затрубное пространство;
- низкие функциональные возможности работы клапана ввиду невозможности регулировки усилия пружин на определенный перепад давления и расход промывочной жидкости.
Задача изобретения - создание промывочного клапана надежной конструкции, устраняющей недостатки аналогов, позволяющего периодически, по мере необходимости, производить промывку колонны труб НКТ, расположенную выше клапана, а также производить размывание гидратных пробок в затрубном пространстве между колонной труб НКТ и обсадной колонны труб, обеспечивая беспрепятственное поступление пластовой жидкости на прием погружного насоса и подачу добываемой жидкости по колонне труб НКТ на устье скважины.
Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, состоит в повышении надежности работы клапана промывочного шарикового за счет исключения заклинивания клапанной пары, в повышении ресурса работы клапана, расширении функциональных возможностей.
Технический результат достигается тем, что клапан промывочный шариковый, содержащий корпус, в котором установлен подпружиненный запорный элемент и выполнены каналы для прохода промывочной жидкости, при этом входной канал клапана соединен с полостью НКТ, а выходной, выполненный в виде одного или более радиальных отверстий, - с полостью обсадной трубы, согласно изобретению, клапан снабжен обоймой, установленной в корпусе и выполненной в виде сегмента с цилиндрической полостью для прохода промывочной жидкости, в ступенчатом отверстии обоймы последовательно установлены седло, закрепленное резьбовой втулкой, запорный элемент, пружина, установленная с упором другого конца в резьбовой регулировочный элемент, при этом обойма снабжена одним или более радиальными отверстиями, расположенными ниже седла и выполненными соосно относительно выходных радиальных отверстий корпуса.
Выполнение обоймы в виде сегмента позволяет увеличить площадь пропускного сечения выходного отверстия для пропуска добываемой жидкости, позволяет добываемой жидкости при работе погружного насоса, проходить через полость клапана, образуемую внутренней поверхностью корпуса клапана и наружной поверхностью обоймы, минуя рабочие органы клапана, в частности клапанную пару, что увеличивает стойкость рабочих органов к абразивному и эрозионному износу, повышает надежность и увеличивает ресурс работы клапана.
Выполнение запорного элемента в виде подпружиненного шара позволяет центрировать его относительно седла в цилиндрической полости обоймы, что не позволяет запорному элементу заклинивать во время работы клапана, обеспечивает герметичность клапана без использования дополнительных деталей (подпружиненного поршня, герметичного цилиндра), что повышает надежность его работы.
Выполнение в обойме цилиндрической полости для прохода промывочной жидкости, выполненной с возможностью соединения с полостью НКТ, расположенной выше клапана, позволяет промывочной жидкости входить в клапан, не изменяя своего направления, затем, отжимая шар от седла и огибая его, вытекать по выходным радиальным отверстиям в затрубное пространство, что снижает гидравлические потери при промывке.
Технический результат достигается также тем, что регулировочный элемент клапана, выполненный в виде винта, позволяет производить регулировку клапана в зависимости от необходимого перепада давления и расхода промывочной жидкости, что расширяет функциональные возможности предложенного клапана.
Технический результат достигается также тем, что резьбовой регулировочный винт снабжен канавкой, в которую установлен уплотнительный элемент, что позволяет исключить утечку добываемой жидкости через резьбу регулировочного элемента при закрытой клапанной паре шар-седло, повысить надежность работы клапана.
Кроме того, следует отметить, что обойма, в ступенчатое отверстие которой последовательно установлены седло, закрепленное резьбовой втулкой, запорный элемент, пружина, установленная с упором другого конца в резьбовой регулировочный элемент, представляют собой единую сборку-модуль, что упрощает и повышает удобство установки деталей, улучшает технологичность сборки-разборки клапана, повышает надежность и ремонтопригодность клапана.
Наличие указанных признаков позволяет сделать вывод о новизне технического решения. При сравнении заявленного решения с другими техническими решениями в данной области техники не выявлена совокупность признаков, отличающих заявленное решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию «изобретательский уровень».
Таким образом, заявленное решение является новым, имеет изобретательский уровень.
Соответствие заявленного изобретения критерию «промышленная применимость» показано на примере конкретного выполнения клапана промывочного шарикового.
На фиг. 1 приведен общий вид клапана промывочного шарикового в закрытом положении, на фиг. 2 - вид клапана промывочного в открытом положении, на фиг. 3 - разрез А-А клапана.
Клапан содержит цилиндрический корпус 1 (фиг. 1) со ступенчатым отверстием 2 и радиальным выходным (промывочным) отверстием 3 (радиальных отверстий может быть несколько). В ступенчатом отверстии 2 корпуса 1 установлена обойма 4, выполненная в виде сегмента, в которой выполнена цилиндрическая полость 5 для прохода промывочной жидкости с возможностью соединения с полостью НКТ, расположенной выше клапана. В полости 5 установлено седло 6, запорный элемент, выполненный в виде шара 7, возвратная пружина, выполненная в виде пакета тарельчатых пружин 8, установленных между регулировочным винтом 9 и шаром 7, поджимающих шар 7 к седлу 6. Седло 6 установлено в ступенчатом отверстии цилиндрической полости 5 и зажато резьбовой втулкой 10, которая установлена в обойме 4. В обойме 4 выполнено резьбовое радиальное отверстие 11 соосно радиальному отверстию 3 корпуса 1 для выхода промывочной жидкости. В обойму 4 через радиальное отверстие 3 корпуса 1 ввинчен винт 12 с отверстием 13 для выхода промывочной жидкости. Винт 12 удерживает обойму 4 в радиальном и осевом направлениях. Регулировочный винт 9 снабжен канавкой 14 для установки уплотнительного кольца 15.
Устройство работает следующим образом.
Перед монтажом клапана промывочного с оборудованием и последующей установкой в скважину осуществляют следующую настройку клапана. Регулировочным винтом 9 посредством вкручивания/выкручивания по резьбовому соединению производят настройку промывочного клапана на необходимый перепад давления для открытия клапана и осуществления операции промывки, который должен превышать давление, создаваемое насосом УЭЦН при добыче пластовой жидкости.
При подаче промывочной жидкости в колонну труб НКТ под давлением вниз (фиг. 2) из-за перепада давления шар 7, сжимая пружину 8, отходит от седла 6, освобождая ход жидкости из полости 5, и жидкость, проходя через отверстие 11 обоймы 4, отверстие 13 винта 12 и отверстие 3 корпуса 1, выходит в затрубное пространство, осуществляя размыв карбонатных пробок.
При прекращении подачи промывочного раствора происходит выравнивание давлений и под действием пружины 8 шар 7 садится на седло 6, закрывая клапан.
При включении установки УЭЦН на добычу пластовой жидкости поток добываемой жидкости протекает по полости, образованной внутренней поверхностью корпуса 1 клапана и наружной поверхностью обоймы 4.
Использование клапана промывочного шарикового предложенной конструкции позволяет обеспечить высокую надежность срабатывания клапана, увеличить срок службы клапана.