ОБРАТНЫЙ КЛАПАН

Полезная модель относится к нефтяной промышленности, а именно к внутрискважинному эксплуатационному оборудованию, и может быть использована при добыче нефти, промывке и освоении скважин.
Клапан предназначен прежде всего для предотвращения обратного перетока рабочей среды - тампонажного или бурового раствора, обработанных химическими реагентами, минерализованной пластовой воды, нефти и газа при температуре до 100°С - из заколонного пространства во внутреннее пространство обсадной колонны.
Известен обратный клапан для обсадной колонны, содержащий корпус, размещенный в нем с возможностью осевого перемещения запорный элемент в виде шара, прижимающийся к седлу с помощью пружины, и ограничительный элемент для пружины (RU 95736 U1, МПК (2006.01) Е21В 34/00, оп. 10.07.2010).
Недостатком известной конструкции обратного клапана является недостаточный запирающий эффект, вследствие вероятности смещения запорного элемента от осевого положения и неплотного его прижатия к седлу.
Наиболее близким аналогом заявляемого устройства, выбранным в качестве прототипа, является обратный клапан, содержащий корпус, установленные в нем фильтр, представляющий собой диск с отверстиями, седло с осевым каналом и размещенными в нем уплотнительной манжетой и запорным элементом в виде шара, и ограничитель осевого перемещения шара, выполненный в виде закрепленной в седле втулки с радиальными, продольно вытянутыми отверстиями. Во втулке размещен подпружиненный в осевом направлении шток, выполненный с возможностью взаимодействия его торцевой поверхности с шаром и прижатия его к манжете (RU 101489 U1, МПК (2006.01) Е21В 34/10, oп. 20.01.2011). Общими существенными признаками известного и заявляемого устройств являются корпус, установленное в нем седло с осевым каналом и закрепленными в нем уплотнительной манжетой и поджимающей ее к седлу втулкой с радиальными отверстиями, в которой установлен с возможностью осевого перемещения взаимодействующий с запорным элементом шток с осевой пружиной, обеспечивающей прижатие запорного элемента к манжете.
При работе известного обратного клапана наличие штока для пружины и уплотнительной манжеты повышает запорный эффект.
Однако недостатками известного клапана являются ненадежность его работы и низкий ресурс, обусловленные следующими причинами:
- фильтр является препятствием для попадания вместе с раствором посторонних предметов, механических примесей в осевой канал седла, однако эти примеси могут попадать и в отверстия самого фильтра, что может привести к его затыканию и невозможности работы клапана;
- выполнение запорного элемента в виде шара, состыкованного со штоком с сохранением нескольких степеней свободы, приводит к возможности смещения шара от осевого положения и прижиму к седлу также с некоторым осевым смещением, не обеспечивая необходимый запирающий эффект. Особенно вероятно такое смещение при расположении клапана в наклонно-направленном (пологом) стволе скважины или в стволе с горизонтальным окончанием, когда на запорный элемент действуют несовпадающие с осевым направлением гравитационные силы, что затрудняет использование известного клапана в положениях, отличных от вертикального;
- выполнение задней части втулки цельной (только с одним отверстием для штока) способствует тому, что поток раствора оказывает на заднюю часть втулки повышенное абразивное воздействие, особенно при вертикальном положении клапана, что приводит к быстрому ее износу;
- выполнение втулки в задней части неразъемной затрудняет установку в нее штока с пружиной и шара (это можно сделать только отсоединив втулку от седла) и сборку клапана вцелом.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствования обратного клапана, в котором путем конструктивных изменений обеспечивается достижение необходимого запирающего эффекта, предотвращение затыкания осевого канала и снижение износа его деталей, повышения износостойкости деталей вспомогательного оборудования, возможность работы при любом расположении и упрощение сборки, что приводит к повышению надежности работы и ресурса клапана и вспомогательного оборудования, и расширению функциональных возможностей.
Поставленная задача решается тем, что в обратном клапане, содержащем корпус, установленное в нем седло с осевым каналом и закрепленными в нем уплотнительной манжетой и поджимающей ее к седлу втулкой с радиальными отверстиями, в которой установлен с возможностью осевого перемещения взаимодействующий с запорным элементом шток с осевой пружиной, обеспечивающей прижатие запорного элемента к манжете, в соответствии с полезной моделью новым является то, что передняя часть седла выполнена суженной с радиальными отверстиями, запорный элемент жестко соединен со штоком, а задняя часть втулки представляет собой гайку с отверстиями.
Кроме того, запорный элемент может быть выполнен в форме, близкой к полусфере.
Седло, запорный элемент, втулка, шток и гайка могут быть выполнены из коррозионно-стойкого сплава, предпочтительно сплава Д16Т.
В корпусе перед седлом может быть установлен фильтр в виде диска с отверстиями.
Между совокупностью существенных признаков заявляемой полезной модели и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.
Выполнение передней части седла суженной с радиальными отверстиями обеспечивает при затыкании посторонними предметами и механическими примесями осевого канала седла или отверстий фильтра (при его возможном наличии) протекание рабочей среды через радиальные отверстия, т.к. при изменении направления движения рабочей среды механические примеси по инерции продолжают двигаться в прежнем направлении и вероятность их попадания в радиальные отверстия очень мала, что приводит к повышению надежности и ресурса работы клапана.
Выполнение запорного элемента жестко соединенным со штоком обеспечивает его перемещение строго в осевом направлении без смещений, в т.ч. и в случае, когда гравитационные силы не совпадают с осевым направлением клапана, чем достигается необходимый запирающий эффект, что приводит также к повышению надежности работы клапана и расширению его функциональных возможностей, за счет работы при любом его расположении.
Выполнение задней части втулки в виде гайки с отверстиями обеспечивает, во-первых, свободный проход рабочей среды в направлении потока на выходе из втулки, что снижает воздействие рабочей среды на заднюю часть втулки и, соответственно, ее абразивный износ, а, во-вторых, разъемное соединение гайки со втулкой упрощает и облегчает сборку и разборку деталей внутри втулки и клапана в целом, что также повышает надежность и ресурс работы клапана.
Кроме того, выполнение запорного элемента в форме, близкой к полусфере, обеспечивает, с одной стороны, его плотное прижатие к манжете, а с другой, обусловлено технологией его жесткого соединения со штоком, а также необходимостью надежного прижатия пружины.
Выполнение седла, запорного элемента, втулки, штока и гайки из коррозионно-стойкого сплава, предпочтительно сплава Д16Т обеспечивает возможность разбуривания внутренних деталей клапана при помощи стандартного породоразрушающего инструмента после выполнения клапаном своего назначения при обеспечении высокой износостойкости деталей долота.
А установка фильтра снижает вероятность затыкания осевого канала седла.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен продольный разрез обратного клапана (вариант с фильтром); на фиг.2 - продольный разрез втулки; на фиг.3 - вид спереди гайки.
Обратный клапан содержит корпус 1, в котором выполнены передняя внутренняя и задняя наружная присоединительные резьбы, служащие для встраивания клапана в колонну труб. В корпусе 1 закреплено с помощью резьбового соединения седло 2 с осевым каналом и радиальными отверстиями на передней (по ходу движения потока) суженной части. Герметичность соединения седла 2 с корпусом 1 обеспечивается уплотнительным кольцом 3. В седле 2 установлена уплотнительная манжета 4, выполненная из упругого материала, например из резины. Манжету 4 поджимает к седлу 2 втулка 5 с радиальными отверстиями, закрепленная в седле 2 с помощью резьбового соединения, в которой установлен шток 6 с осевой пружиной 7. Шток 6 с помощью резьбового соединения жестко соединен с запорным элементом 8, который может быть выполнен в форме, близкой к полусфере. В заднюю часть втулки 5 ввернута гайка 9 с отверстием для осевого перемещения штока бис отверстиями по кругу. Гайка 9 и втулка 5 скреплены винтом 10 от возможного развинчивания. Пружина 7, упираясь в гайку 9 и запорный элемент 8, плотно прижимает последний к манжете 4.
Седло 2, запорный элемент 8, втулка 5, шток 6 и гайка 9 могут быть выполнены из коррозионно-стойкого алюминиевого сплава Д16Т.
В корпусе 1 перед седлом 2 может быть установлен фильтр 11 в виде диска с отверстиями.
Обратный клапан работает следующим образом.
При прямой промывке поток рабочей среды проходит сквозь отверстия фильтра 11, осевой канал и радиальные отверстия седла 2, очищаясь от посторонних предметов и механических примесей. Очищенный поток создает давление на запорный элемент 8, смещая его вместе со штоком 6 строго в осевом направлении даже в наклонном и горизонтальном расположении клапана. Вместе со штоком 6 сжимается и пружина 7. При этом образуется зазор между манжетой 4 и запорным элементом 8, через который проходит поток рабочей среды и далее выходит из клапана через радиальные отверстия втулки 5 и отверстия гайки 9, не создавая чрезмерного давления на заднюю часть втулки 5, тем самым предотвращая ее износ. При прекращении промывки пружина 7 разжимается, плотно и надежно придавливая запорный элемент 8 к манжете 4, предотвращая обратный переток рабочей среды из заколонного пространства во внутриколонное.
Таким образом, конструкция заявленного клапана обеспечивает надежный запирающий эффект при любом расположении клапана, его простую сборку и разборку, высокий ресурс работы клапана и оборудования для разбуривания клапана.