Клапан обратный газовый

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам устьевого оборудования скважин, в которых клапан обратный газовый предназначается для разобщения зоны затрубного пространства и выкидной линии.
Известен клапан обратный (патент на ПМ RU № 127808, МПК E21B 34/06,  E21B 33/14, опубл. 10.05.2013 в Бюл. № 13), содержащий полый корпус с размещенными в нем седлом, запорным элементом, причем корпус выполнен в виде цельной цилиндрической конструкции с установленным в нем подпружиненным плунжером с возможностью пропускания потока раствора только к забою, при этом запорный элемент плунжера выполнен в виде сферического запирающего наконечника.
Недостатками данного клапана являются громоздкая конструкция, что усложняет его установку в уже существующую линию, большое сопротивление потоку, так как суммарная площадь продольных каналов после клапана из-за штока, пружины и пятки с этими каналами, поджимающей пружину, очень мала, при этом отсутствует возможность регулировки величины открывания клапана, что требует дополнительных затрат средств и времени, так как на каждые условия эксплуатации нужно изготавливать специальный клапан.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является клапан обратный газовый (патент RU № 2465437, МПК E21B 34/00, опубл. 27.10.2012 в Бюл. № 30), содержащий корпус и клапанный узел, включающий запорный подпружиненный элемент со штоком, имеющий неподвижное соединение с шайбой, причем корпус установлен в межфланцевое пространство трубной головки и имеет кольцевые уплотнительные выступы под соответствующие уплотнительные канавки, выполненные в виде посадочных мест для размещения в них упомянутых кольцевых уплотнительных выступов в местах фланцевого присоединения, клапанный узел содержит неметаллическую втулку, герметично связанную с корпусом посредством разъемного соединения, при этом между корпусом и втулкой установлено эластичное кольцо для герметизации, а втулка выполнена с внутренней конической поверхностью, с которой герметично контактирует запорный подпружиненный элемент, имеющий соответственно внешнюю коническую поверхность.
Недостатками данного клапана являются большое сопротивление потоку, так как суммарная площадь продольных каналов после клапана из-за штока, пружины и шайбы с этими каналами, поджимающей пружину, очень мала, при этом отсутствует возможность регулировки возможность регулировки величины открывания клапана, что требует дополнительных затрат средств и времени, так как на каждые условия эксплуатации необходимо изготавливать специальный клапан. Также при работе вместе с насосом (особенно плунжерным насосом, когда на каждое возвратно-поступательное движение происходит открытие и закрытие клапана) мощная пружина каждый раз с усилием прижимающая клапан к седлу приводит к быстрому выходу герметичного их соединения.
Технической задачей предполагаемой полезной модели является создание конструкции клапана обратного газового, позволяющего увеличить пропускную способность за счет увеличения суммарной площади каналов после клапана и работать в любых условиях эксплуатации за счет регулировки величины открывания клапана, а также увеличивающего срок службы клапана за счет использования двойных пружин разной длины.
Техническая задача решается клапаном обратным газовым, включающим корпус и клапанный узел с седлом и поджатым основной пружиной запорным элементом со штоком, имеющим взаимодействие с соосной корпусу втулкой, причем корпус установлен в межфланцевое пространство трубной головки и имеет кольцевые уплотнительные выступы под соответствующие уплотнительные канавки, выполненные в виде посадочных мест для размещения в них упомянутых кольцевых уплотнительных выступов в местах фланцевого присоединения, седло выполнено с внутренней конической поверхностью, с которой герметично контактирует запорный подпружиненный элемент, имеющий соответственно внешнюю коническую поверхность.
Новым является то, что корпус снабжен соосным стаканом с боковыми каналами, в котором размещен запорный подпружиненный элемент и дополнительная пружина меньшей длины, чем основная пружина, при этом стакан с торца противоположного седлу оснащен соосным резьбовым отверстием, шток запорного элемента взаимодействует скользящей посадкой втулкой, которая оснащена снаружи резьбой под резьбовое отверстие стакана и выполнена с возможностью регулируемого поджатия дополнительной пружины запорного элемента, причем боковые отверстия стакана изготовлены суммарной площадью не меньше площади поперечного сечения седла.
На чертеже изображена схема клапана в поперечном разрезе.
Клапан обратный газовый включает корпус 1 и клапанный узел 2 с седлом 3 и запорным элементом 4, поджатым пружиной 5, со штоком 6. Шток 6 взаимодействует скользящей посадкой с соосной корпусу 1 втулкой 7. Корпус 1 установлен в межфланцевое пространство трубной головки (не показаны) и имеет кольцевые уплотнительные выступы 8 и 9 под соответствующие уплотнительные канавки фланцев (не показаны), выполненные в виде посадочных мест для размещения в них соответствующих кольцевых уплотнительных выступов 8 и 9 в местах фланцевого присоединения. Седло 3 выполнено с внутренней конической поверхностью 10, с которой герметично контактирует запорный элемент 4, имеющий соответственно внешнюю коническую поверхность 11. Корпус 1 снабжен соосным стаканом 12 с боковыми каналами 13, в котором размещен запорный подпружиненный элемент 4 и дополнительно пружина 14 меньшей длины, чем основная пружина 5. Стакан 12 с противоположного седлу торца 15 оснащен соосным резьбовым отверстием 16. Втулка 7 оснащена снаружи резьбой 17 под резьбовое отверстие 16 стакана 12 и выполнена с возможностью регулируемого поджатия пружины 5 запорного элемента 4. Боковые отверстия 13 стакана 12 изготовлены суммарной площадью не меньше площади поперечного сечения S седла 3. Корпус 1 может устанавливаться, в том числе, и между фланцами быстро разъёмного соединения (не показано). Конструктивные элементы и технологические соединения, не влияющие на работоспособность клапана, на чертеже не показаны или показаны условно.
Клапан работает следующим образом
Перед установкой клапана величину открывания запорного элемента 4 относительно седла 3, ограниченного дополнительной пружиной 14, регулируется вращением втулки 7 относительно стакана 12. В результате взаимодействия резьбы 17 втулки 7 с резьбовым отверстием 16 торца 15 стакана 12 втулка 7 будет регулировать расположение дополнительной пружины 14 и, как следствие, величину открывания запорного элемента 4 относительно седла 3. Необходимую величину открытия запорного элемента 4 относительно седла 3 определяется эмпирическим путем. Клапан в сборе размещают между фланцами. При этом корпус 1 с клапанным узлом 2 устанавливают в межфланцевое пространство трубной головки. Кольцевые уплотнительные выступы 8 и 9 корпуса 1 размещается в соответствующих уплотнительных канавках фланцев, герметизируя соединение. В ходе работы внешняя коническая поверхность 11 запорного элемента 4 при помощи пружины 5 герметично поджато к внутренней конической поверхности 10 седла 3, пока перепад давлений газа со стороны корпуса 1, противоположной стакану 12, и со стороны стакана 12 не превысит усилие прижатия основной пружины 5. В результате запорный элемент 4 отойдет от седла 3 и газ (например, из-за колонного пространства скважины – не показаны) «стравлен», перепад давлений снизится и под действием основной пружины 5 запорный элемент 4 герметично перекроет седла 3. При этом дополнительная пружина 14 играет роль амортизатора, замедляющего перемещение запорного элемента 4 и ограничивающего величину открывания запорного элемента 4 относительно седла 3. Благодаря наличию дополнительной пружины 14 и, усилие прижатия основной пружиной 5 запорного элемента 4 к седлу 3 можно уменьшить, так как герметизация также обеспечивается перепадом давлений. Меньшее усилие основной пружины 5 снижает ударные нагрузки на седло 3 при закрытии запорного элемента 4, что увеличивает срок службы всего клапана. При этом шток 6 за счет скользящей посадки во втулке 7 будет центрировать запорный элемент 4 относительно седла 3. Благодаря тому, что боковые отверстия 13 стакана 12 изготовлены суммарной площадью не меньше площади поперечного сечения S седла 3, это позволяет быстро производить «стравливание» газа за счет уменьшения сопротивления выходу газа, что, в свою очередь, сокращает время открытия клапанного узла 2 и, как следствие, сокращает воздействие переходных процессов (например, снижение затрубного давления газа), влияющих на стабильную работу системы, в которую установлен клапан.
При необходимости изменения величины открывания запорного элемента 4 относительно седла 3 корпус 1 извлекают из фланцев и вращением втулки 7 относительно стакана 12 и регулируют расположение дополнительной пружины 14 относительно оси клапана. После чего корпус 1 с клапанным узлом 2 опять устанавливают в межфланцевое пространство этой или другой трубной головки.
Как показал практика, использование клапана с двумя пружинами 5 и 14 приводит к удорожанию клапана не более, чем на 10 %, а межремонтный период увеличивается как минимум в два раза.
Предлагаемый клапан обратный газовый позволяет увеличить пропускную способность за счет увеличения суммарной площади каналов после клапана и работать в любых условиях эксплуатации за счет регулировки величины открытия клапана, а также увеличивающего срок службы клапана за счет использования двойных пружин разной длины.