ГИДРОУПРАВЛЯЕМЫЙ КЛАПАН-ОТСЕКАТЕЛЬ ВСТАВНОГО ТИПА
HYDRAULICALLY-OPERATED SHUTOFF VALVE OF CARTRIDGE TYPE

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к клапану-отсекателю вставного типа с гидравлическим управлением, который может быть установлен или извлечен с помощью установочного приспособления из колонны насосно-компрессорных труб для осуществления ремонта или проведения профилактических работ.
Известен клапан-отсекатель, установленный под пакером, включающий корпус с размещенным в нем запорным органом, проходной канал в корпусе и в запорном органе, сообщающий пространства эксплуатационной колонны выше и ниже клапана-отсекателя в положении «открыто», при этом корпус закреплен на металлической трубе, в которой выполнены перепускные отверстия и паз, а пространства эксплуатационной колонны выше и ниже клапана-отсекателя сообщены через наконечник, установленный с возможностью вхождения в проходной канал (RU №127123 U1, E21B 34/06, 20.04.2013).
Известен клапан-отсекатель, содержащий корпус с входным и выходным штуцерами, седло с затвором, пилотный механизм в виде взаимодействующих в средней части подпружиненного вертикального штока, соединенного с затвором, и горизонтального поршня, выполненный в виде механизма управления (RU №2315173 C1, E21B 34/02, 20.01.2008).
Известен клапан-отсекатель для газовой скважины, содержащий корпус с седлом, запорный орган, узел управления запорным органом, включающий подпружиненный шток с осевым каналом, установленный в корпусе с возможностью осевого перемещения и образующий с корпусом кольцевую полость для подачи управляющего агента (RU №2311578 C1, E21B 34/06, F16K 3/04, 27.11.2007).
Известен клапан-отсекатель газовый, включающий затвор и расположенную над ним и образующую с корпусом замкнутую камеру, подвижную втулку с кольцевым поршнем, связанную с затвором с возможностью перевода его в положение "закрыто" при движении поршня в направлении увеличения объема камеры (RU №2194845 C2, E21B 34/06, 20.12.2002).
Известен клапан-отсекатель, содержащий корпус, установленный в корпусе подпружиненный шток с поршнем, кольцевую гидравлическую камеру, сообщенную с трубкой подвода жидкости, и тарельчатый затвор, выполненный с возможностью перехода в открытое положение при подводе жидкости в кольцевую гидравлическую камеру (RU №2160357 C2, E21B 34/06, 10.12.2000).
Известен клапан-отсекатель, содержащий корпус с осевым каналом и размещенным в корпусе запорным элементом, выполненным в виде полого дифференциального поршня с размещенной в нижней его части цангой, и снабженный направляющим цилиндром, установленным в корпусе с образованием кольцевого зазора (RU №2145024 C1, E21B 34/08, F16K 17/34, 27.01.2000).
Известен клапан-отсекатель приустьевой гидроуправляемый, содержащий сборный корпус, имеющий гидравлический ввод для подведения управляющей жидкости под давлением, запорный орган в виде тарельчатого затвора, узел управления запорным органом в виде подпружиненного штока, установленный в сборном корпусе с возможностью осевого перемещения, блок уплотнений, установленный в корпусе, и уплотняемую втулку с упругим полимерным уплотнением (RU №109789 U1, E21B 34/06, 27.10.2011).
Известен клапан-отсекатель с установочным приспособлением для газовой скважины в условиях аварийной ситуации, содержащий корпус с седлом, запорный орган, узел управления запорным органом в виде подпружиненного штока, при этом в корпусе над узлом управления запорным органом выполнена проточка с ниппельным профилем и размещена расширительная втулка, размещенная в зоне запорного органа, и выполнен замок, размещенный в проточке с ниппельным профилем (RU №93874 U1, E21B 34/06, 10.05.2010).
Все известные клапаны-отсекатели имеют индивидуальное конструктивное выполнение.
Известен гидроуправляемый клапан-отсекатель для газовых скважин, соединенный резьбовым соединением с колонной насосно-компрессорных труб и содержащий корпус, седло, запорный орган, проточку для нагнетательной камеры с отверстием, соединенным с гидравлической линией управления, фиксирующее устройство в виде замка, снабженное запирающим элементом, имеющим возможность взаимодействия с приспособлением для установки, и проточку для размещения замка фиксирующего устройства (RU №94279 U1, E21B 34/06, 20.05.2010).
Данное техническое решение принято в качестве ближайшего аналога изобретения.
В клапане-отсекателе ближайшего аналога управление запорным органом выполняется с устья скважины посредством подачи управляемой жидкости по трубке в полость со штоком, который воздействует на узел управления запорным органом, при этом пружина сжимается. Когда давление жидкости снимается, пружина возвращает узел управления запорным органом в исходное положение и запорный орган закрывается. Когда клапан-отсекатель открыт, пластовое давление добываемого флюида оказывает встречное давление на шток, и возможен момент, когда оно переместит его в исходное положение и закроет запорный орган. Перемещение запорного органа в клапане-отсекателе ближайшего аналога зависит от перемещения штока.
В клапане-отсекателе ближайшего аналога непосредственно его корпус соединен резьбовым соединением с колонной насосно-компрессорных труб, при этом извлечение клапана-отсекателя из скважины возможно только при подъеме колонны насосно-компрессорных труб.
В основу изобретения положено решение задачи, позволяющей упростить эксплуатацию, повысить функции управления запорным органом, улучшить техническое обслуживание, проведение ремонтных и профилактических работ.
Технический результат изобретения заключается в возможностях извлечения клапана-отсекателя из скважины (последующей установки) без подъема колонны насосно-компрессорных труб и обеспечения полнопроходного сечения внутри колонны насосно-компрессорных труб для спуска в скважину технологических инструментов и прокачки технологических жидкостей за счет выполнения установочного корпуса, соединенного с колонной насосно-компрессорных труб, выполнения в нем проточки для размещения замка фиксирующего устройства и проточки для нагнетательной камеры, соединенной отверстием с гидравлической линией управления, и в создании единства функций управления запорным органом за счет размещения нагнетательной камеры в проточке установочного корпуса, наличия нижней и верхней систем уплотнителей и выполнения запорного органа ступенчатым, имеющим возможность взаимодействия с замком фиксирующего устройства, размещенным в проточке для него, выполненной в установочном корпусе.
Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что гидроуправляемый клапан-отсекатель вставного типа соединен резьбовым соединением с колонной насосно-компрессорных труб и содержит корпус, седло, запорный орган, проточку для нагнетательной камеры с отверстием, соединенным с гидравлической линией управления, фиксирующее устройство в виде замка, снабженное запирающим элементом, имеющим возможность взаимодействия с приспособлением для установки, и проточку для размещения замка фиксирующего устройства.
Компоновка колонны насосно-компрессорных труб содержит установочный корпус.
Установочный корпус соединен резьбовым соединением с колонной насосно-компрессорных труб.
Установочный корпус выполнен с проточкой для размещения замка фиксирующего устройства.
Установочный корпус выполнен с проточкой для нагнетательной камеры с отверстием.
Отверстие соединено с гидравлической линией управления.
Проточка для нагнетательной камеры расположена между верхней и нижней системами уплотнителей.
Верхняя и нижняя системы уплотнителей размещены последовательно под замком фиксирующего устройства.
Нижняя система уплотнителя выполнена с верхними и нижними внутренними уплотнениями.
Верхние и нижние внутренние уплотнения сопряжены с запорным органом.
Верхняя система уплотнителя выполнена с верхними и нижними наружными уплотнениями.
Верхние и нижние наружные уплотнения сопряжены с внутренней поверхностью установочного корпуса.
Запорный орган выполнен ступенчатым.
Верхняя ступень запорного органа размещена в нижней системе уплотнителя.
Верхняя ступень запорного органа расположена между верхними и нижними внутренними уплотнениями.
Верхняя ступень запорного органа образует совместно с нижней системой уплотнителя полость, соединенную с нагнетательной камерой посредством отверстия.
Отверстие выполнено в нижней системе уплотнителя.
Нижняя ступень запорного органа имеет возможность взаимодействия с седлом.
При этом в верхней ступени запорного органа верхние внутренние уплотнения размещены на диаметре меньшего размера, чем размер диаметра размещения нижних внутренних уплотнений.
Кроме того, на нижней ступени запорного органа выполнена втулка, контактирующая с седлом, на которой размещены скребки для удаления механических примесей.
Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «новизна».
За счет реализации отличительных признаков изобретения (в совокупности с признаками, указанными в ограничительной части формулы) достигаются важные новые свойства объекта.
Соединение установочного корпуса с колонной насосно-компрессорных труб позволяет извлекать клапан-отсекатель из скважины без подъема колонны насосно-компрессорных труб, что упрощает эксплуатацию, улучшает техническое обслуживание, проведение ремонтных и профилактических работ.
Выполнение в установочном корпусе проточки для размещения замка фиксирующего устройства и выполнение в нем проточки для нагнетательной камеры, соединенной отверстием с гидравлической линией управления, повышает функциональность клапана-отскателя.
Наличие в нижней системе уплотнителя верхних и нижних внутренних уплотнений, сопряженных с запорным органом, и наличие в верхней системе уплотнителя верхних и нижних наружных уплотнений, сопряженных с внутренней поверхностью установочного корпуса, расположение между ними нагнетательной камеры - все это позволяет повысить функции управления перемещением запорного органа.
Размещение нагнетательной камеры в проточке установочного корпуса, наличие нижней и верхней систем уплотнителей и выполнение запорного органа ступенчатым при размещении верхней ступени в нижней системе уплотнителя с образованием совместно с нижней системой уплотнителя полости, соединенной с нагнетательной камерой, обеспечивают создание единства функций управления клапаном-отсекателем.
Заявителю не известны какие-либо публикации, которые содержали бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. В связи с этим можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображены:
на фиг. 1 - клапан-отсекатель вставного типа с колонной насосно-компрессорных труб, разрез;
на фиг. 2 - клапан-отсекатель с замком в закрытом положении, разрез;
на фиг. 3 - установочный корпус, разрез;
на фиг. 4 - верхняя и нижняя система уплотнителей, фрагмент, разрез.
Гидроуправляемый клапан-отсекатель содержит:
колонну насосно-компрессорных труб 1,
установочный корпус (соединен с колонной 1) - 2,
проточку для нагнетательной камеры (в корпусе 2) - 3,
отверстие для соединения с гидравлической линией управления (в проточке 3) - 4,
фиксирующее устройство в виде замка - 5,
проточку (для замка 5) - 6,
верхнюю систему уплотнителя - 7,
верхние наружные уплотнения (уплотнителя 7) - 8,
нижние наружные уплотнения (уплотнителя 7) - 9,
нижнюю систему уплотнителя - 10,
верхние внутренние уплотнения (уплотнителя 10) - 11,
нижние внутренние уплотнения (уплотнителя 10) - 12,
отверстие (в системе 10) - 13,
запорный орган - 14,
верхнюю ступень (органа 14) - 15,
полость (соединенная отверстием 13 с проточкой 3)- 16,
седло - 17,
нижнюю ступень (органа 14) - 18,
втулку (ступени 18)- 19,
скребки (на втулке 19) - 20.
Гидроуправляемый клапан-отсекатель вставного типа соединен резьбовым соединением с колонной насосно-компрессорных труб 1.
Компоновка колонны насосно-компрессорных труб 1 содержит установочный корпус 2.
Установочный корпус 2 соединен резьбовым соединением с колонной насосно-компрессорных труб 1.
Установочный корпус 2 выполнен с проточкой 6 для размещения замка 5 фиксирующего устройства.
Установочный корпус 2 выполнен с проточкой 3 для нагнетательной камеры с отверстием 4.
Отверстие 4 соединено с гидравлической линией управления (не показана).
Проточка 3 для нагнетательной камеры расположена между верхней 7 и нижней 10 системами уплотнителей.
Верхняя 7 и нижняя 10 системы уплотнителей размещены последовательно под замком 5 фиксирующего устройства.
Нижняя система 10 уплотнителя выполнена с верхними 11 и нижними 12 внутренними уплотнениями.
Верхние 11 и нижние 12 внутренние уплотнения сопряжены с запорным органом 14.
Верхняя система 7 уплотнителя выполнена с верхними 8 и нижними 9 наружными уплотнениями.
Верхние 8 и нижние 9 наружные уплотнения сопряжены с внутренней поверхностью установочного корпуса 2.
Запорный орган 14 выполнен ступенчатым.
Верхняя ступень 15 запорного органа 14 размещена в нижней системе 10 уплотнителя.
Верхняя ступень 15 запорного органа 14 расположена между верхними 11 и нижними 12 внутренними уплотнениями.
Верхняя ступень 15 запорного органа 14 образует совместно с нижней системой 10 уплотнителя полость 16, соединенную с нагнетательной камерой 3 посредством отверстия 13.
Отверстие 13 выполнено в нижней системе 10 уплотнителя.
Нижняя ступень 18 запорного органа 14 имеет возможность взаимодействия с седлом 17.
При этом в верхней ступени 15 запорного органа 14 верхние внутренние 11 уплотнения размещены на диаметре меньшего размера, чем размер диаметра размещения нижних внутренних 12 уплотнений.
Кроме того, на нижней ступени 18 запорного органа 14 выполнена втулка 19, контактирующая с седлом 17, на которой размещены скребки 20 для удаления механических примесей.
Управление клапаном-отсекателем осуществляют следующим образом.
Установочный корпус 2 свинчивают с колонной насосно-компрессорных труб 1 и спускают в скважину. Вместе с установочным корпусом 2 спускают в скважину трубку линии гидравлического управления (не показана), которую свинчивают с отверстием 4. Трубка гидравлического управления крепится клямсами к колонне насосно-компрессорных труб 1, проходит через фонтанную арматуру к гидравлической станции (не показаны).
На установочном приспособлении (не показан) канатной техникой при использовании механического ясса (не показан) спускают клапан-отсекатель с замком фиксирующего устройства 5 в установочный корпус 2.
Производят механическим яссом несколько ударов вниз, до жесткого упора и поднимают вверх на устье установочное приспособление, которое автоматически расцепляется.
Для того чтобы открыть клапан-отсекатель подают давление от гидравлической станции в нагнетательную камеру полости 3.
Открытие клапана-отсекателя, под закрытым затвором которого пластовое давление, производят с применением противодавления от устья.
После установки клапана-отсекателя в установочный корпус 2 и подаче в нагнетательную камеру полости 3 жидкости под давлением запорный орган 14 начнет двигаться вниз, поскольку его верхняя ступень 15 находится в верхних 11 и нижних 12 внутренних уплотнениях нижней системы уплотнителя 10. Причем верхние 11 внутренние уплотнения размещены на диаметре меньшем, чем нижние 12 внутренние уплотнения, образующие разность площадей диаметральных сечений, создающие движущую силу.
После установки клапана-отсекателя в установочный корпус 2 замок фиксирующего устройства 5 зайдет в проточку 6, при этом верхние 8 и нижние 9 уплотнения верхней системы уплотнителя 7 будут размещены на внутренней поверхности установочного корпуса 2 и между ними будет расположена нагнетательная камера полости 3.
При подаче рабочей жидкости в полость 3, соединенную отверстием 13 с полостью 16, она будет поступать между верхними 11 и нижними 12 внутренними уплотнениями, при этом запорный орган 14 будет перемещаться вниз из-за разности площадей описанных выше.
При необходимости подъема (профилактики) клапана-отсекателя линию гидравлического управления отключают. Через лубрикатор спускают на канатной технике установочное приспособление с механическим яссом. Легким ударом механического ясса соединяют автоматически установочное приспособление с замком фиксирующего устройства 5 клапана-отсекателя и ударами механического ясса вверх выбивают его из установочного корпуса 2.
Поднимают клапан-отсекатель из скважины без подъема колонны насосно-компрессорных труб 1, делают профилактику и вновь спускают в скважину.
Кроме того, подъем клапана-отсекателя из колонны насосно-компрессорных труб 1 обеспечивает полно проходное сечение внутри колонны насосно-компрессорных труб 1, что позволяет осуществлять спуск в скважину технологических инструментов и прокачку технологических жидкостей.
В предложенном клапане-отсекателе использованы устройства, детали и узлы, широко применяемые для скважинной арматуры, а изготовление его на ООО «Научно-производственная фирма Завод «Измерон» и проведение опытных испытаний обусловливают, по мнению заявителя, его соответствие критерию «промышленная применимость».
Использование предложенного клапана-отсекателя позволяет:
- упростить эксплуатацию;
- повысить функции управления запорным органом;
- улучшить техническое обслуживание, проведение ремонтных и профилактических работ.