Устройство для автоматического стравливания газов на насосах перекачки
DEVICE FOR AUTOMATIC GAS BLEEDING ON PUMPING PUMPS

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к клапанным устройствам для насосов перекачки, расположенных на устье скважины.
Известен клапан для выпуска воздуха из гидравлического канала (патент RU №2150023, МПК F04B 47/02, E21B 34/02, опубл. 27.05.2000), состоящий из корпуса, в котором установлен запорный клапан с возможностью осевого перемещения при воздействии на рычаг, связанный с кронштейном корпуса и штоком клапана осями. Шток запорного клапана герметизирован в корпусе манжетой и пропущен внутри пружины сжатия, установленной в проточке корпуса и взаимодействующей с рычагом. Корпус в нижней части имеет резьбу для ввинчивания в промывочный сальник вместо штатной пробки. Размер выпускного отверстия между головкой запорного клапана и седлом клапана в корпусе устанавливается путем перемещения рычага регулировочным винтом, положение которого фиксируется в корпусе контргайкой. Выпуск воздуха производится через штуцер с шлангом. Периодическое отравление из гидравлического канала скопившегося воздуха производится путем воздействия на рычаг натяжением вручную тяги.
Известно клапанное устройство для стравливания газа (патент RU №51094, МПК E21B 34/02, опубл. 27.01.2006), ближайшее по технической сущности к заявляемому устройству и принятое за прототип, включающее полый корпус с осевым и радиальным на боковой поверхности каналами, размещенные в нем клапан, состоящий из седла и запорного органа, пружину и шток с регулировочным устройством, а также входной и выходной патрубки, причем запорный орган снабжен внутренней цилиндрической выборкой, а шток - кольцевым буртиком снизу, при этом шток своим кольцевым буртиком установлен во внутренней цилиндрической выборке запорного органа с возможностью осевого ограниченного перемещения, кроме того, нижний торец кольцевого буртика штока имеет возможность взаимодействия с нижним торцом внутренней цилиндрической выборки запорного органа, причем пружина установлена на штоке между запорным органом и регулировочным устройством, при этом длина сжатия пружины ограничена длиной перемещения кольцевого буртика штока во внутренней цилиндрической выборке запорного органа, включающее полый корпус с осевым и радиальным на боковой поверхности каналами, размещенные в нем клапан, состоящий из седла и запорного органа, пружину и шток с регулировочным устройством, а также входной и выходной патрубки, причем запорный орган снабжен внутренней цилиндрической выборкой, а шток - кольцевым буртиком снизу, при этом шток своим кольцевым буртиком установлен во внутренней цилиндрической выборке запорного органа с возможностью осевого ограниченного перемещения, кроме того, нижний торец кольцевого буртика штока имеет возможность взаимодействия с нижним торцом внутренней цилиндрической выборки запорного органа, причем пружина установлена на штоке между запорным органом и регулировочным устройством, при этом длина сжатия пружины ограничена длиной перемещения кольцевого буртика штока во внутренней цилиндрической выборке запорного органа.
Однако, устройство по патенту RU №51094 не предназначено для отдельного стравливания газа и срабатывает только при превышении давления без разделения на жидкую и газообразную среды, имеет более сложную конструкцию.
В настоящее время отсутствуют устройства, способные срабатывать при поступлении жидкости после стравливания газа (газовой шапки).
Заявленное устройство имеет простую конструкцию, низкую стоимость в изготовлении, не требует обслуживания. Также в заявленном устройстве отсутствует необходимость в тарировке.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка безопасного, надежного и эффективного устройства стравливания накопившихся газов с насосов перекачки для подъема жидкостей с глубин, работающего в нефтегазоводяной среде, с целью поддержания готовности насосов к постоянному запуску (устранение кавитации).
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении безопасности, надежности и эффективности работы устройства при одновременном упрощении конструкции.
Технический результат достигается за счет новой конструкции клапана, позволяющего стравливать газ с насосов перекачки (типа ЦНС) нефти при его накоплении при работе в нефтегазоводяной среде.
Заявляемое устройство поясняется на чертеже и состоит из следующих элементов:
1 - корпус;
2 - крышка, соединенная с корпусом винтами;
3 - пропускное отверстие монтажного патрубка для поступления жидкости и газа;
4 - шаровой кран, соединенный с патрубком шарового крана;
5 - поплавок;
6 - гайка накидная;
7 - патрубок шарового крана с отверстием для упора поплавка в верхнем положении для стравливания газа.
Устройство содержит корпус 1 с приемной емкостью и с крышкой 2 и поплавок 5, образующие в своей совокупности клапан для стравливания газа.
Верхняя часть приемной емкости соединена с патрубком 7 шарового крана с отверстием на конце для выхода стравливаемого газа, а нижняя часть приемной емкости соединена через монтажный патрубок с пропускным отверстием 3 с насосом перекачки для поступления жидкости и газа. Патрубок 7 шарового крана выступает в полость корпуса 1 и предпочтительно выполнен такой длины, чтобы продолжаться в полость приемной емкости.
Корпус 1 соединен с крышкой 2 винтами и содержит пропускное отверстие 3 монтажного патрубка в нижней части корпуса для поступления жидкости и газа.
Шаровой кран 4 соединен с патрубком 7 шарового крана резьбовым соединением, который содержит отверстие для стравливания газа.
Поплавок 5 установлен внутри корпуса с возможностью его свободного перемещения вдоль вертикальной оси устройства.
Устройство соединено с насосом через гайку накидную 6, что упрощает процесс монтажа устройства на насосе. Однако, могут быть использованы другие варианты соединения. В качестве примера, но не в качестве ограничения, монтажный патрубок устройства может быть выполнен с внешней или наружной резьбой и соединен с монтажным патрубком насоса, выполненным с соответствующей внутренней или наружной резьбой. Также устройство с монтажным патрубком, выполненным с внешней резьбой, может быть ввинчено в монтажное отверстие насоса, снабженное ответной резьбой. Кроме того, монтажный патрубок может привариваться к насосу.
Поплавок 5 имеет верхнюю рабочую поверхность для упора в отверстие патрубка 7 шарового крана в своем верхнем рабочем положении.
Поплавок 5 выполнен цельнолитым из пластмассы, имеет обтекаемую форму. Поплавок выполнен с помощью известных методов обработки пластмассы, например, путем литьевого формования, или инжекционного формования, или иными методами, позволяющими выполнить поплавок требуемой формы и размеров.
Форма и материал поплавка обеспечивают легкость его скольжения из верхнего в нижнее рабочее положение, а также предотвращение залипания (застревания) поплавка в верхнем рабочем положении.
Поплавок 5 имеет двустороннюю П-образную форму поперечного сечения, причем нижняя часть, выполненная в виде буквы «П», имеет больший размер, чем верхняя, выполненная в виде перевернутой буквы «П». Все углы и сгибы поплавка выполнены скругленными для обеспечения легкости его скольжения. Предпочтительно ножки буквы «П» верхней части поплавка выполнены такой длины, чтобы обеспечивать плотное прилегание поплавка к патрубку 7 шарового крана в верхнем положении поплавка.
Такая форма поплавка обеспечивает плотное герметичное прилегание к отверстию патрубка 7 шарового крана, что позволяет надежно закрыть упомянутое отверстие в верхнем рабочем положении поплавка и предотвратить любые утечки газа.
Предпочтительно поплавок 5 выполнен в виде полых цилиндрических элементов, закрытых с одной стороны и соединенных друг с другом закрытыми сторонами. Цилиндрическая форма предпочтительна для удобства установки поплавка в цилиндрический корпус устройства. Однако, допускаются другие формы поплавка 5, например, в виде полого параллелепипеда или куба. В качестве еще одного примера допускается выполнение поплавка в виде элемента, образованного вытягиванием равностороннего шестиугольника или ромба, которые в своем поперечном сечении плоскостью, проходящей вдоль протяженности поплавка, также обеспечивают П-образную форму.
П-образная форма поперечного сечения поплавка обеспечивает удобство его расположения в конструкции клапана и обеспечивает необходимую свободу его перемещения внутри корпуса устройства.
Нижняя более широкая часть конструкции поплавка также обеспечивает его устойчивость при нахождении поплавка в нижнем исходном положении и предотвращает его случайное смещение в сторону при турбулентных потоках жидкости и газа, как следствие, предотвращает сбои при работе устройства.
В одном из примеров реализации поплавок выполнен с нижней частью с максимальным поперечным размером не менее чем в 1,5-2 раза больше максимального поперечного размера верхней его части. В случае выполнения поплавка цилиндрической формы под поперечным размером следует понимать диаметр окружности цилиндра, из которых образованы нижняя и верхняя части поплавка. В других вариантах формы поплавка под поперечным размером следует понимать расстояние между двумя его наиболее удаленными точками.
Поперечная перегородка поплавка 5, разделяющая верхнюю и нижнюю его части, выполнена большей толщиной, чем стенки верхней и нижней его частей, что обеспечивает дополнительную прочность и надежность при закрытии отверстия патрубка 7, т.е. способна выдерживать динамические нагрузки при резком выталкивании поплавка вверх и ударе его об упомянутое отверстие.
Поплавок 5 выполнен с возможностью подниматься при заполнении емкости жидкостью и плотно закрывать патрубок для стравливания газа и с возможностью опускаться и открывать патрубок для стравливания газа при превышении давления газов выше заданного порога.
Корпус 1, крышка 2 корпуса и поплавок 5 образуют клапан для стравливания газа.
Когда в устройстве нет какой-либо текучей среды, поплавок 5 находится в прижатом к патрубку с пропускным отверстием 3 состоянии (клапан закрыт).
Монтажный патрубок с пропускным отверстием 3 для поступления жидкости и газа находится напротив патрубка 7 шарового крана 4, где между ними ходит поплавок 5.
Шаровой кран 4 предназначен для проведения технологических операций, например, отсечения дренажа и прочее.
Гайка накидная 6 служит для присоединения устройства к насосу.
Насос (на чертеже не показан) расположен перпендикулярно относительно устройства, показанного на чертеже, т.е. насос находится в горизонтальном положении, а клапан - в вертикальном.
Устройство работает следующим образом.
Перед запуском в работу насоса происходит автоматическое стравливание газа, поступающего через пропускное отверстие 3, через патрубок 7.
При включении насоса жидкость начинает поступать в полость корпуса через патрубок с пропускным отверстием 3.
Одновременно через патрубок с пропускным отверстием 3 также поступает газ.
При поступлении жидкости в полость корпуса 1 через пропускное отверстие 3 поплавок 5 под действием силы выталкивания от жидкости поднимается в верхнее положение до упора своей рабочей поверхностью к отверстию патрубка 7 шарового крана 4, плотно перекрывая его. Тем самым предупреждается попадание жидкости в трубопровод для стравливания (не показан), соединенный с шаровым краном 4.
При дальнейшем поступлении газа через пропускное отверстие 3 клапан остается в закрытом положении, и газ начинает копиться в полости над поплавком 5.
При значительном увеличении количества газа в поступающей в клапан жидкости поплавок 5 опускается (рабочая поверхность поплавка 5 отходит от отверстия патрубка 7) и газ стравливается через отверстие патрубка 7.
Шаровой кран 4 открыт для беспрепятственного протекания стравленного газа в трубопровод для стравливания. Для проведения технологических операций, например отсечения дренажа и прочее, его перекрывают.
При прекращении работы насоса жидкость покидает корпус через пропускное отверстие 3, а поплавок 5 возвращается в нижнее положение, и накопленный газ снова стравливается через отверстие патрубка 7 в закрытую дренажную систему, с которой соединен трубопровод для стравливания через шаровой кран 4.
Особенность данной конструкции такова, что поплавок 5 не залипает в верхнем положении за счет своей конструкции и выполнения его из пластмассы.