КЛАПАН ОБРАТНЫЙ ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНОЙ УСТАНОВКИ И СПОСОБ ОЧИСТКИ ФИЛЬТРА НА ПРИЕМЕ НАСОСА
RETURN VALVE OF ELECTRIC CENTRIFUGAL UNIT AND CLEANING METHOD OF FILTER AT PUMP SUCTION

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для промывки приема и полости электроцентробежных насосов от твердых взвешенных частиц песка, асфальтосмолистых веществ и солей.
Известно, что на выходе из электроцентробежного насоса (ЭЦН) в насосно-компрессорных трубах (НКТ) устанавливаются обратный и сливной клапаны. Обратный клапан при остановке насоса предупреждает излив жидкости из НКТ в скважину и раскручивание вала насоса в обратном направлении. Сливной клапан позволяет, напротив, освободить НКТ от жидкости для подъема оборудования при ремонте (Богданов А.А. Погружные центробежные электронасосы для добычи нефти. М.: Недра. 1968. С. 52-54). Излив жидкости из НКТ в скважину осуществляют сбросом в НКТ груза, который, долетев до сливного клапана, ломает его и образует отверстие, соединяющее полость НКТ с затрубным пространством.
Известен клапан скважинного центробежного насоса (патент RU 72268 U1, заявл. 26.12.2007, опубл. 10.04.2008), содержащий корпус с внутренней и внешней присоединительными резьбами и закрепленным в нем седлом и размещенный в канале ограничителя осевого перемещения шариковый запорный элемент. Седло клапана снабжено посадочной проточкой под уплотнительное кольцо и зафиксировано относительно корпуса цилиндрической втулкой и шайбой с отверстиями для прохода пластовой жидкости. В верхней части корпуса клапана установлен патрубок с ввинченной в него трубой шламоуловителя, снабженной радиальными отверстиями для прохода пластовой жидкости. Шайба с отверстиями для прохода пластовой жидкости зафиксирована от осевого перемещения относительно корпуса клапана посредством пружинного кольца, а патрубок монтируется в корпусе посредством шпонки с пружинным кольцом.
Кроме того, известен клапан обратный (патент RU №56940 U1, заявл. 07.04.2006, опубл. 27.09.2006), состоящий из корпуса, седла, закрепленного в корпусе, запорного элемента в виде шара. В корпусе образован цилиндрический канал и ограничитель осевого перемещения запорного элемента в канале с отверстиями для протока жидкости, при этом ограничитель выполнен за одно целое с корпусом. Оси отверстий для протока жидкости расположены на образующих цилиндрического канала. Седло закреплено на входе с помощью гайки и(или) резьбовой втулки с пазами под ключ.
Общим недостатком приведенных аналогов является невозможность промывки ЭЦН при засорении приемной части, а также закачки различных химических реагентов через насос в скважину.
Известен фильтр скважинный очищаемый (патент RU 2441139 С1, заявл. 12.07.2010, опубл. 27.01.2012), включающий наружную и внутреннюю трубы с отверстиями, фильтрующий элемент, закрепленный между трубами, волновой преобразователь. Фильтрующий элемент выполнен в виде свитой по высоте проволоки. Волновой преобразователь выполнен в виде пружины сжатия.
Для очистки фильтра после его засорения производят остановку центробежного насоса с последующим его запуском в противоположном направлении вращения ротора. Обратный поток жидкости смывает налипшие частицы песка с фильтрующего элемента.
Указанное устройство обладает недостатком, состоящим в невозможности создания обратного тока жидкости из НКТ через насос в скважину в случае наличия обратного клапана на выходе центробежного насоса.
Известен обратный клапан-автомат, состоящий из корпуса с седлом, на которое посажен тарельчатый клапан со штоком (патент RU 2038463 С1. Обратный клапан-автомат. Заявл. 17.03.1992. Опубл. 27.06.1995). Шток пропущен через отверстие в крестовине, установленной в корпусе. Между шайбой и крестовиной установлена пружина. Со стороны шайбы на шток посажена втулка. При определенных давлениях стопора заклинивают шток, позволяя произвести очистку турбобура. Недостаток такого клапана состоит в зависимости открытия или закрытия запорного элемента от давления и расхода жидкости, что недопустимо для работы погружного насоса.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является клапан обратный трехпозиционный (патент RU №104618 U1, заявл. 25.01.2011, опубл. 20.05.2011), который содержит корпус с верхней и нижней присоединительными резьбами. Корпус клапана выполнен составным и имеет верхнюю, среднюю и нижнюю части. Полый шток закреплен внутри корпуса неподвижно, верхняя часть штока выполнена в виде седла для клапана, а под седлом на нем выполнены сквозные радиальные каналы. Подвижным элементом клапана обратного трехпозиционного является полый поршень, расположенный на внешней образующей полого штока соосно с ним с возможностью перекрывать и открывать радиальные каналы полого штока. Подвижный полый поршень подпружинен и имеет два бурта, являющиеся фиксатором движения поршня по вертикали при определенном давлении на поршень.
Недостатками выбранного прототипа являются необходимость дополнительного подъема давления жидкости в НКТ, исчисляемого десятками атмосфер, что повышает риск аварийной ситуации, присутствие двух поверхностей трения полого подвижного поршня (внутренней и наружной), приводящее к его заклиниванию, возможность накопления грязи над поршнем, также приводящего к заклиниванию пар трения.
Технической задачей изобретения является обеспечение очистки фильтра без дополнительного подъема давления в колонне насосно-компрессорных труб.
Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве, включающем корпус с верхним и нижним присоединительными резьбами, седло для клапана, закрепленное неподвижно внутри корпуса, упорную втулку и шайбу с центральным и периферийными отверстиями, закрепленную в корпусе с помощью стопорного кольца, тарельчатый клапан со штоком, проходящим через центральное отверстие шайбы, подвижную втулку и пружину, установленную между шайбой и подвижной втулкой, согласно изобретению шток тарельчатого клапана выполнен полым с горизонтальными отверстиями в верхней части, соединяющими надклапанную область НКТ с подклапанной, а подвижная втулка выполнена ступенчатой, нижняя часть которой с меньшим диаметром образует с наружной поверхностью полого штока клапана скользящую пару трения, а в верхней части втулки с ввернутой крышкой и центраторами выполнены горизонтальные отверстия большего в сравнении с отверстиями штока клапана диаметра, причем в верхней части штока клапана снаружи установлены стопорное кольцо и уплотнительные кольца из эластичного материала, расположенные по обе стороны горизонтальных отверстий штока клапана.
Решение указанной задачи достигнуто в способе очистки фильтра на приеме насоса без подъема погружного оборудования на поверхность обратной промывкой фильтрующего элемента жидкостью из колонны насосно-компрессорных труб, включающем остановку насоса для проведения ремонта, согласно изобретению промывку производят спуском груза в колонну труб на скребковой проволоке через лубрикатор на устье скважины, который собственным весом сжимает пружину и перемещает подвижную втулку ступенчатой формы вниз, совмещая горизонтальные отверстия в подвижной втулке и полом штоке тарельчатого клапана и создавая переток жидкости под давлением из колонны насосно-компрессорных труб в скважину через полость насоса и фильтр, а после промывки фильтра груз извлекают из скважины и насос запускают в работу.
На рис. 1, 2 и 3 показаны схемы обратного клапана в различных позициях. В корпусе 1 клапана, установленного выше насоса, размещено посадочное седло 2 тарельчатого клапана 3, переходящего в полый шток с горизонтальными отверстиями в верхней части. Над седлом 2 располагаются упорная втулка 4 и шайба 5 с центральным для полого штока и периферийными для протока жидкости каналами. Над шайбой расположена пружина 6, которая подпирает подвижную втулку 7 ступенчатой формы, закрытую сверху крышкой 8 и имеющую центраторы 9. Во втулке 7 также выполнены горизонтальные отверстия большего диаметра. Клапан 3 для герметичной посадки в седло 2 имеет эластичную манжету 10. Для герметизации пары трения: втулка 7 - полый шток клапана 3, на последнем размещены эластичные манжеты 11. Для ограничения вертикального хода втулки 7 на полом штоке клапана 3 размещено стопорное кольцо 12. Для фиксации гильзы 4 и шайбы в корпусе 1 также установлено стопорное кольцо 13. Для работы клапана используется груз 14, спускаемый в колонну насосно-компрессорных труб на скребковой проволоке через лубрикатор (не показаны).
Работа клапана состоит в следующем.
После спуска электроцентробежного насоса в скважину обратный клапан 3 под собственным весом принимает крайнее нижнее положение, указанное на рис. 1. При этом пружина 6 остается в полностью разжатом положении, при котором горизонтальные отверстия во втулке 7 и полом штоке клапана 3 не совпадают, что предупреждает проток жидкости из НКТ в насос.
При запуске насоса в работу под действием напора жидкости снизу клапан 3 поднимается и пропускает жидкость в НКТ через периферийные каналы шайбы 5 (рис. 2). Приподнятие клапана 3 приведет к тому, что подвижная втулка 7 под собственным весом опустится по отношению к штоку, а горизонтальные отверстия втулки и полого штока совпадут. Пружина 6 так же, как и в случае, указанном на рис. 1, остается в разжатом состоянии. Таким образом, часть добываемой жидкости из насоса в НКТ будет поступать и через полый шток клапана 3.
Для очистки фильтра на приеме насоса от налипших мехпримесей производится его остановка. Клапан 3 под собственным весом опустится вниз и прижмется гидростатическим давлением сверху к седлу 2 (см. рис. 1). Пружина 6 вернет втулку 7 в крайнее верхнее положение, при котором отверстия во втулке 7 и полом штоке клапана 3 уже не совпадут, что предотвратит переток жидкости из НКТ в насос.
Далее в НКТ скважины через лубрикатор на скребковой проволоке спускают груз 14, который благодаря весу, превышающему силу упругости пружины 6, сожмет ее и переместит втулку 7 вниз до положения, указанного на рис. 3. При этом отверстия во втулке 7 и полом штоке клапана 3 совпадут и жидкость из НКТ под большим напором будет перетекать в скважину через полость насоса и приемный фильтр с обратной ее стороны. Обратная промывка жидкостью фильтра позволит смыть с нее налипшую грязь. По истечении определенного времени груз 14 приподнимают и втулка 7 под действием сжатой пружины 6 вернется в крайнее верхнее положение, при котором прекратится переток жидкости из НКТ в скважину. В дальнейшем груз 14 извлекают из скважины.
Время очистки приемной части насоса выбирается с расчетом предупреждения достижения жидкостью статического уровня в скважине, при котором уже создается репрессия на пласт.
После операции промывки производят запуск насоса в работу.
Технико-экономическими преимуществами предложенного устройства и способа являются простота и надежность его работы, а также отсутствие необходимости подъема давления в НКТ на значительную величину для промывки насоса и фильтра. Кроме того, обратный клапан может одновременно выполнять роль сливного клапана, что упрощает спуско-подъемные операции при ремонте скважины. Перед подъемом подземного оборудования в случае проведения ремонтных работ производят сброс груза 14 в НКТ без скребковой проволоки. Сброшенный груз, долетев до клапана, ударится о крышку 8, сожмет пружину 6 и будет удерживать втулку 7 в крайнем нижнем положении по отношению к полому штоку клапана и позволять жидкости из НКТ через совмещенные отверстия во втулке и полом штоке вытекать в скважину при подъеме оборудования в период ремонта.