КЛАПАН ФОНТАННОЙ АРМАТУРЫ

Полезная модель относится к области горного дела, в частности к нефтегазодобывающей промышленности, и может быть использована в устьевом оборудовании на нефтегазодобывающих промыслах для обвязки фонтанной арматуры.
Известен дроссель (штуцерный клапан) в составе бокового отвода от каждого из двух тройников, входящих в центральную стволовую часть елки фонтанной арматуры по ГОСТ 13846-84. Однако высокий уровень отложений парафина на элементах арматуры приводит к засорению арматуры механическими примесями и последующему капитальному ремонту скважины, что всегда связано с большими материальными и финансовыми затратами.
Известен штуцерный клапан (фонтанный штуцер), содержащий втулку штуцера и насадку дросселя, изготовленные из материалов, устойчивых к истиранию, воздействию рабочей среды (www.ence-pumps.ru/ustevoe_oborudovanie.php). Однако указанный клапан имеет ограниченное применение и не совместим с арматурой ряда месторождений. Известен штуцерный клапан (дроссель), предназначенный для регулирования противодавления на забой скважины, содержащий корпус с круглым отверстием для соединения с линией манифольда (Г.М. Гульянц. Справочное пособие по противовыбросовому оборудованию скважин. Москва, издательство «Недра», 1983, стр. 130-131). Однако недостатком данного дросселя является наличие круглого отверстия с недостаточной площадью для выхода пластовой жидкости, что приводит к образованию значительных гидравлических сопротивлений. Недостаточная площадь отверстия для выхода жидкости не обеспечивает необходимой омываемости, что приводит к образованию существенных гидравлических сопротивлений. Движение жидкости через уменьшенное отверстие в штуцерной камере (корпусе дросселя) приводит к парафино- и гидратоотложениям в насосно-компрессорных трубах и в элементах фонтанной арматуры, что наиболее заметно в добывающих скважинах с низким процентом обводненности. В результате, снижается производительность скважины, что часто происходит на месторождениях, осложненных высоким содержанием газа. Кроме того, при скребковании лифта насосно-компрессорных труб вместе с раствором в штуцерную камеру попадает парафин, который забивает проходные отверстия. Повышенное образование гидратов и парафинов при понижении температуры окружающего воздуха может привести в зимний период к прекращению движения жидкости в лифте насосно-компрессорных труб, в манифольде и кустовом коллекторе и, в конечном счете, к замерзанию всей системы и остановке ее работы. Остановка скважины приводит к ее заполнению механическими примесями, отложением парафина, что в последующем потребует капитального ремонта скважины и соответствующих затрат на ее восстановление.
Указанный клапан в техническом отношении является наиболее близким к предлагаемой полезной модели и принят за прототип.
Перед полезной моделью была поставлена задача улучшения омываемости внутренней поверхности клапана, снижения парафино- и гидратоотложений в элементах фонтанной арматуры и повышения надежности.
Техническим результатом является снижение гидравлического сопротивления и улучшение омываемости, уменьшение парафино- и гидратоотложений в элементах фонтанной арматуры, уменьшение массы клапана и снижение давления на элементы крепления выкидных линий к фундаменту, повышение надежности и производительности скважин, увеличение срока эксплуатации фонтанной арматуры.
Технический результат достигается за счет того, что в клапане фонтанной арматуры, включающем корпус, корпус содержит три одинаковых отверстия для выкида жидкости, равномерно расположенных на его окружной поверхности и выполненных удлиненными вдоль его осевой линии.
На фиг. 1 условно показан клапан, общий вид; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.
1
2
Клапан содержит корпус 1 диаметром d с конической насадкой (не показана) и седлом 2, проходными отверстиями 3, 4 и 5 шириной m, находящимися по отношению друг к другу, соответственно, под углом α, равным α и равным 120°.
Сплошной стрелкой показано направление ввинчивания насадки в корпус 1.
С учетом установившейся практики применения терминов в организациях, связанных с добычей нефти и газа, термины клапан, дроссель, штуцер в данной заявке употребляются в качестве синонимов.
Клапан используют следующим образом.
При использовании клапана учитывают то, что сечение проходного отверстия зависит от расстояния между седлом 2 и конической насадкой (далее - насадкой). При изменении положения насадки относительно седла меняется сечение проходного отверстия. При приближении насадки к седлу сечение уменьшается, при ее удалении увеличивается. Скважинная среда поступает через проходное отверстие клапана, образуемое седлом 4 и конической насадкой. Путем перемещения насадки вдоль осевой линии корпуса 1 посредством резьбового соединения можно менять сечение проходного канала от нуля до максимума и, таким образом, реагировать на изменение давления в скважине. При повышении пластового давления в скважине увеличивают проходное отверстие посредством вывинчивания насадки и, таким образом, поддерживают необходимый режим работы скважины. При понижении пластового давления в скважине уменьшают проходное отверстие клапана посредством ввинчивания насадки в корпус 1. Приближая насадку к седлу 2, уменьшают сечение проходного отверстия, поддерживая режим работы скважины в заданных пределах. Регулирование расхода жидкости осуществляют также заменой насадок (ввертышей), имеющих различный проходной диаметр. Для замены насадки необходимо остановить работу скважины, перекрыть линейной задвижкой доступ среды к дросселю и вывернуть насадку. Насадки заменяют без отсоединения клапана от линии манифольда путем отвинчивания крышки клапана и извлечения насадки. Насадку изготавливают из твердого сплава ВК6 или ВК8, у которых высокая износостойкость в среде абразивной жидкости. Вследствие поступательного движения насадки вдоль оси корпуса 1 происходит изменение выходного отверстия клапана.
В нерегулируемом быстросменном клапане (дросселе) соединение выполняют на хомутах. Для установки и замены дросселя снимают хомуты, закрепленные шпильками. Для установки и замены нерегулируемого сменного дросселя требуется разобрать фланцевые соединения выкида манифольда.
На линии дросселирования нередко устанавливают три дросселя: быстросменный корпусной дроссель на линии, направленной в запасной амбар, и два регулируемых дросселя. Диаметр дросселя d подбирают в зависимости от напора и подачи бурового раствора.
Дроссель входит в состав елок фонтанной арматуры, которая устанавливается на колонную обвязку и при эксплуатации скважины предназначена для обвязывания одного или нескольких скважинных трубопроводов, а также контроля и управления потоком скважинной среды.
Частным исполнением клапана является клапан, корпус которого выполнен с наружным диаметром d, равным (48,0±0,1) мм, при этом ширина каждого из трех удлиненных отверстий m равна (20,0±0,1) мм. На установление оптимальной длины и ширины m проходных отверстий влияют параметры скважинной среды, отличающиеся на разных месторождениях. Выполнение отверстий удлиненными увеличивает площадь проходных отверстий, что улучшает омываемость и увеличивает дебит скважины.
Равномерное расположение трех одинаковых отверстий на окружной поверхности корпуса клапана под углом 120° или, что то же самое, их расположение на одинаковом расстоянии друг от друга исключает возникновение изгибающих моментов, действующих на арматуру при истечении струи пластовой жидкости, уменьшает вибрацию и увеличивает срок эксплуатации.
Под дроссельными линиями фонтанной арматуры, расположенными на высоте, должны быть опоры с надежным креплением к фундаменту, предотвращающие падение линий при их отсоединении во время ремонта и уменьшающие вибрацию от ударов струи. Снижение массы предлагаемого клапана (дросселя) за счет выполнения отверстий удлиненными вдоль осевой линии корпуса позволяет снизить давление на элементы крепления арматуры к фундаменту, повысить их надежность, уменьшить возникающие при выбросе струи пластовой жидкости вибрации и увеличить срок эксплуатации.
Изготовление отверстий на окружной поверхности корпуса клапана удлиненными практически не требует дополнительных затрат, так как для этого требуется лишь технология их изготовления.
Предлагаемые клапаны испытаны на осложненных скважинах Вынгапуровского месторождения. За время пробной эксплуатации остановки и рост буферного давления на этих скважинах прекратились.
Таким образом, предлагаемый клапан является важным элементом фонтанной арматуры, входит в состав дроссельных линий елок фонтанной арматуры и предназначен для поддержания заданного режима эксплуатации скважины путем ограничения сечения проходного канала трубного пространства.
Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, обладает новизной, совокупность его существенных признаков и находящийся в причинно-следственной связи с ней технический результат не известны из уровня техники.