КЛАПАН ОБРАТНЫЙ

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно - к технологической оснастке обсадной колонны и может быть использована при цементировании скважин, при подземном ремонте, иных технологических операциях, когда требуется обеспечить продвижение промывочной жидкости или цементного раствора из внутритрубного пространства только в одну сторону и препятствовать потоку жидкости, устремленному в противоположную сторону.
Известен обратный клапан для обсадной колонны скважины (патент на полезную модель №28891, МПК E21B 33/14. оп. 2003.04.20), содержащий цилиндрический корпус с осевым каналом, шарнирно прикрепленный снизу к корпусу подпружиненный запорный элемент, и установленную на корпусе направляющую воронку для разделительной цементировочной пробки. Направляющая воронка выполнена в виде расточки внутри корпуса с диаметром, обеспечивающим посадку металлического наконечника разделительной цементировочной пробки с натягом не менее 0,1 мм. Корпус обратного клапана снабжен эластичными уплотнительными кольцами, размещенными на его наружной проточке, с металлической нажимной шайбой, внутренний диаметр которой меньше внутреннего диаметра обсадных труб. Разница диаметров уплотнительных колец и металлической нажимной шайбы обеспечивает защиту эластичных колец от выдавливания независимо от толщины стенки этих труб.
К недостаткам указанной конструкции относятся эксцентричное размещение проходного отверстия с клапаном и конструктивная сложность запорного элемента клапана.
Наиболее близким по техническому решению является, взятый за прототип, клапан обратный для технологической оснастки обсадной колонны (патент на полезную модель №53708, МПК E21B 33/00. оп. 2006.05.27), содержащий цилиндрический корпус с седлом, ловушкой, подпружиненным запорным элементом, ограничительной решеткой. Запорный элемент представляет собой направляющую, в которой выполнена внутренняя полость для фиксации клапана в цементном камне. Один конец направляющей выполнен в виде сферической головки с радиальными пазами на нижней части, а на другом конце направляющей установлен выступающий штифт. Над запорным элементом, в одном резьбовом отверстии, установлены седло и ловушка. По технической сущности, наличию сходных признаков и достигаемому результату данное решение выбрано в качестве прототипа.
Недостаток прототипа заключается в том, что во время движения жидкости через клапан обратный запорный элемент, из-за турбулентности потока, начинает совершать колебательные, неколлинеарные движения, направленные под углом к оси клапана, что приводит к ударам головки запорного элемента о коническую поверхность седла. Сферическая головка запорного элемента и седло в месте контакта с ней подвергаются значительному износу, что приводит к негерметичности клапана обратного, аварийной ситуации и невозможности проводить дальнейшие работы.
Задачей полезной модели является создание герметичного обратного клапана, достигаемое предотвращением неколлинеарных движений запорного элемента относительно центральной оси изделия вне зависимости от скорости и типа движения жидкости.
Поставленная задача решается в клапане обратном, содержащем корпус, седло, ловушку, ограничительную решетку, запорный орган с возможностью осевого перемещения. Запорный орган представляет собой расположенный соосно корпусу подпружиненный клапан, имеющий полусферическую головку, контактирующую с седлом.
Новым является то, что запорный элемент имеет два направляющих опорных конца. Хвостовую направляющую запорного элемента выполняют с многоугольным поперечным сечением и устанавливают в соответствующее отверстие решетки. Передняя направляющая запорного элемента выполнена в виде цапфы и может иметь как цилиндрическую, так и многогранную форму. Устанавливают ее в отверстии ловушки, соответствующем поперечной форме передней направляющей.
Клапанов обратных с заявляемой совокупностью отличительных признаков в патентной и научно-технической литературе не выявлено. Это определяет соответствие полезной модели критерию «новизна».
Сущность полезной модели поясняется графическим материалом. На фигуре изображен общий вид устройства.
Клапан обратный содержит корпус 1 с установленными в нем седлом 2, ловушкой 7 и ограничительной решеткой 3. Соосно корпусу 1 расположен запорный элемент 4 с возможностью осевого перемещения, подпружиненный пружиной 5. Запорный элемент имеет сферическую головку 6, которая контактирует с седлом 2, и два опорных направляющих конца. Один конец запорного элемента 4 выполнен в виде цапфы, которая может иметь как цилиндрическую, так и многогранную форму, и устанавливается в отверстии ловушки, соответствующем форме передней направляющей. Другой - в виде направляющей с хвостовой частью A, выполненной с многоугольным поперечным сечением, имеющей внутреннюю полость и проходящей через осевое отверстие Б в ограничительной решетке 3. Отверстие Б выполнено также с многоугольным сечением, соответствующим сечению хвостовой части А.
Устройство работает обычным для обратного клапана образом.
При подаче расхода рабочей жидкости с устья скважины в корпус 1, под действием потока жидкости на головку 6 запорного элемента 4, пружина 5 сжимается, запорный элемент 4 отходит от седла 2 и жидкость свободно проходит через клапан. Если поток жидкости меняет направление или прекращается подача, пружина 5 возвращает запорный элемент в исходное положение и прижимает головку 6 к седлу 2, перекрывая канал и создавая герметичное препятствие для обратного движения жидкости. Во время работы полезной модели запорный элемент 4 совершает возвратно-поступательные движения под действием потока с одной и пружины с другой стороны, при этом сферическая головка прижимается к поверхности седла только в определенном положении и только тогда, когда прекращается подача жидкости. Это обеспечивается наличием двух точек опоры - передней и хвостовой опорных направляющих, препятствующих неколлинеарному, колебательному движению запорного элемента, вызывающему разрушение уплотняющих поверхностей.
Описанная конструкция клапана обратного позволяет повысить надежность работы его элементов, предотвратить появление аварийных ситуаций и, как следствие, сократить время строительства скважины.
Технико-экономический эффект от использования предлагаемой полезной модели связан с повышением надежности обратного клапана, исключением аварийных ситуаций с одновременным повышением эффективности и качества проводимых работ.
Образцы заявляемого устройства изготовлены и прошли стендовые и промышленные испытания. Испытания полезных моделей подтверждают изложенные преимущества при применении клапана обратного. Это обуславливает соответствие полезной модели критерию «промышленная применимость».