КЛАПАН ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ГАЗА ИЗ ПОГРУЖНОГО НАСОСА
VALVE TO REMOVE GAS FROM BOREHOLE PUMP

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к погружному оборудованию для добычи нефти с высоким содержанием газа.
Известен обратный клапан, содержащий корпус с присоединительными резьбами, муфту для регулировки поджатия пружины, защитное уплотнение с пробкой, шарик в качестве запорного элемента, подвижный ступенчатый стакан, имеющий возможность осевого перемещения в направляющих и центрирующих отверстиях муфты и пробки, снабженный сквозными радиальными отверстиями и осевым ступенчатым отверстием, в месте сопряжения разных диаметров которого выполнено седло для шарика, перемещающегося внутри отверстия большего диаметра (Патент РФ №2391592, E21B 34/00, 2008). Клапан предназначен для удержания жидкости в НКТ при выключении погружного насоса, а также обеспечивает возможность принудительного удаления газа из насоса после срыва подачи по газу путем закачки жидкости с поверхности.
Недостатками данного клапана является отсутствие возможности автоматического удаления газа из насоса и проведения опрессовки НКТ.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является клапан для удаления газа из погружного насоса, содержащий корпус с присоединительными резьбами, состоящий из верхней, средней и нижней частей, шар в качестве запорного элемента, пружину, неподвижный полый шток с седлом в верхней части и сквозными радиальными каналами под седлом, ограничитель движения шара вверх, расположенный в верхней части корпуса и выполненный в виде цанги, подпружиненный подвижный полый поршень с буртом, расположенный на внешней образующей полого штока с возможностью перекрытия и открытия радиальных каналов, упор для движения поршня вверх (Патент РФ №104618, E21B 34/06, 2011).
Недостатком этой конструкции является сложность удаления газа из насоса при срыве подачи по газу и ограниченные функциональные возможности, в частности отсутствие возможности выполнить опрессовку НКТ.
Предлагаемое изобретение решает задачу автоматического удаления нерастворенного газа из насоса после срыва подачи по газу, а также позволяет осуществлять опрессовку НКТ.
Указанная задача решается тем, что в клапане для удаления газа из погружного насоса, содержащем корпус, запорный элемент в виде шара, полый шток с седлом и сквозными радиальными каналами в верхней части, который неподвижно закреплен в корпусе с помощью резьбы, ограничитель движения шара вверх, подпружиненный полый поршень, перемещающийся на полом штоке с возможностью закрытия и открытия радиальных каналов, согласно изобретению полый шток закреплен с помощью муфты, снабженной осевыми отверстиями, в качестве ограничителя движения шара использована крышка с буртами, а полый поршень выполнен с радиальными отверстиями в нижней части.
Подвижный полый поршень может быть подпружинен пружиной, установленной вокруг полого штока между торцами буртов и подвижного поршня. В некоторых вариантах исполнения подвижный полый поршень подпружинен верхней и нижней пружинами, причем верхняя пружина установлена в свободном состоянии, а нижняя - в сжатом.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично представлен заявляемый клапан в статическом положении, на фиг.2 - клапан при работающем насосе; на фиг.3 - вид клапана при остановке насоса после срыва подачи по газу; на фиг.4 - вид клапана при опрессовке НКТ.
Клапан состоит из корпуса 1, подвижного в осевом направлении полого поршня 2 с радиальными отверстиями 3, выполненными в нижней части (фиг.1). Снизу поршень 2 поддерживается пружиной 4, сверху  подпружинен пружиной 5. Возможно применение клапана, оснащенного как одной пружиной 4 или 5, так и двумя вместе. В нижней части корпуса 1 установлена муфта 6, встроенная с помощью наружной резьбы, что обеспечивает возможность регулирования ее перемещения в осевом направлении. Под подвижным поршнем 2 и подклапанным пространством в муфте 6 выполнены осевые отверстия 7, служащие для выравнивания давления. Поршень 2 расположен на внешней образующей неподвижного полого штока 8, представляющего собой цилиндр с наружной резьбой на концах для соединения с муфтой 6 и навинчивания крышки 9. Внутри полого штока 8 для посадки запирающего элемента 10, выполненного в виде шара, сформировано седло 11, ниже и выше которого выполнены радиальные каналы 12 и 13 соответственно. Поршень 2 имеет возможность перемещаться вдоль полого штока 8 с перекрытием радиальных каналов 12. Крышка 9 служит ограничителем движения шара 10 вверх. Пружина 5 расположена вокруг полого штока 8 на уровне радиальных каналов 12 между торцами буртов крышки 9 и подвижного поршня 2.
Клапан работает следующим образом.
При включении насоса (не показан) перекачиваемая жидкость, содержащая растворенный газ, поступает из ЭЦН в полый шток 8, поднимает запирающий элемент 10 до упора в крышку 9 и через радиальные каналы 13 попадает в НКТ, откуда выводится на поверхность (фиг.2). При этом напор, создаваемый насосом, действует через осевые каналы 7 на подвижный поршень 2 и удерживает его в положении, обеспечивающем перекрытие радиальных каналов 12 в полом штоке 8. Пружина 4 в это время находится в свободном состоянии, а пружина 5 - в сжатом состоянии.
Если произошел залповый выброс газа в насос, то ЭЦН отключается по срыву подачи по газу (см. фиг.3). Запирающий элемент 10 под действием гидростатического давления столба жидкости в колонне НКТ опускается в седло 11 и перекрывает отверстие внутри полого штока 8. Гидростатическое давление столба жидкости одновременно действует на подвижный поршень 2, пружина 5 переходит в свободное состояние, а пружина 4 сжимается и поршень 2 перемещается вниз, при этом происходит гидравлическое совмещение отверстий 3 в поршне 2 и каналов 12 в полом штоке 8. Скопившийся под клапаном газ выходит в НКТ через канал, образованный радиальными отверстиями 3 и каналами 12, а насос через входной модуль заполняется жидкостью, поступающей из пласта, что делает возможным его перезапуск.
При проведении опрессовки колонны НКТ (см. фиг.4) создается избыточное давление в устье скважины. Запирающий элемент 10 перемещается в седло 11 и перекрывает течение жидкости через полый шток 8. Подвижный поршень 2 перемещается в нижнее положение, тем самым перекрывает отверстия 3 и каналы 12 в полом штоке 8, что обеспечивает герметичность устройства и сохранение давления при опрессовке НКТ, при этом пружина 5 находится в свободном состоянии, а пружина 4 максимально сжата.
Таким образом, предложенная конструкция клапана для удаления газа облегчает запуск погружного насоса после аварийной остановки, что сокращает ежегодные затраты на обслуживание и ремонт и позволяет проводить опрессовку НКТ.