КЛАПАН ОБРАТНЫЙ ТРЕХПОЗИЦИОННЫЙ

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к внутрискважинному эксплуатационному оборудованию, и может быть использована при добычи нефти, промывке и освоении скважин.
В процессе эксплуатации скважинного насосного оборудования может возникнуть аварийная остановка насоса, при этом поток добываемой скважинной продукции изменит направление на обратное. Для того чтобы исключить эту возможность применяются обратные клапаны, которые пропускают рабочую среду только в одном нужном направлении.
Известен клапан обратный (патент RU №56940. U1, опубл. 27.09.2006), состоящий из корпуса, седла, закрепленного в корпусе, запорного элемента в виде шара. В корпусе образован цилиндрический канал и ограничитель осевого перемещения запорного элемента в канале, с отверстиями для протока жидкости, при этом ограничитель выполнен за одно целое с корпусом. Оси отверстий для протока жидкости расположены на образующих цилиндрического канала. Седло закреплено на входе с помощью гайки и(или) резьбовой втулки с пазами под ключ.
Известен клапан скважинного центробежного насоса (патент RU 72268 U1, опубл. 26.12.2007), содержащий корпус с внутренней и внешней присоединительной резьбой и закрепленным в нем седлом и, размещенный в канале ограничителя осевого перемещения шариковый запорный элемент. Седло клапана снабжено посадочной проточкой под уплотнительное кольцо и зафиксировано относительно корпуса цилиндрической втулкой и шайбой с отверстиями для прохода пластовой жидкости. В верхней части корпуса клапана установлен патрубок с ввинченной в него трубой шламоуловителя, снабженной радиальными отверстиями для прохода пластовой жидкости. Шайба с отверстиями для прохода пластовой жидкости зафиксирована от осевого перемещения относительно корпуса клапана посредством пружинного кольца, а патрубок монтируется в корпусе посредством шпонки с пружинным кольцом.
Недостаток известных устройств в том, что через вышеперечисленные клапана невозможно проводить промывку полости насоса или закачку химических реагентов в скважину при осложненных условиях эксплуатации скважинного оборудования (отложение солей, гидратов, парафинов и других нежелательных твердых образований).
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является обратный клапан (патент RU №2391592 С1, 10.06.2010), который содержит корпус с верхней и нижней внутренними присоединительными резьбами, служащими для встраивания клапана в колонну насосно-компрессорных труб. Подвижный элемент имеет сквозные отверстия. Муфта служит для регулировки поджатия пружины. Защитное уплотнение поджато пробкой. Подвижный элемент выполнен в виде ступенчатого стакана, допускающего перемещение в осевом направлении в направляющих и центрирующих сквозных отверстиях муфты и пробки, в котором выполнено осевое ступенчатое сквозное отверстие. В месте сопряжения разных диаметров отверстия выполнена фаска, являющаяся седлом для запорного элемента. Запорный элемент в виде шарика имеет, возможность перемещения внутри отверстия большего диаметра.
Одним из недостатков известного обратного клапана является тот факт, что при промывке жидкость с химическими реагентами попадает во внутреннее пространство корпуса клапана, где установлена пружина. Пружина подвергается воздействию химически агрессивной среды и в результате появляется большая вероятность ее невозвратности в исходное положение, вследствие чего будет нарушен режим эксплуатации и потребуется проводить капитальный ремонт скважины. Также конструкция известного обратного клапана, а именно отсутствие фиксации клапана в крайнем положении при закачке химических реагентов или промывке насоса, формирует поток среды, приводящий к пульсационной работе клапана.
Задачей полезной модели является повышение эффективности работы клапана при добычи нефти известными способами. Это, в свою очередь, повысит эффективность использования насосного оборудования и объектов разработки, и приведет к увеличению добычи нефти.
Поставленная задача решается тем, что клапан обратный трехпозиционный, содержит корпус с верхней и нижней присоединительными резьбами, служащими для встраивания клапана в колонну насосно-компрессорных труб, запорный элемент в виде шарика, пружину, отличающийся тем, что корпус клапана выполнен составным и имеет верхнюю, среднюю и нижнюю части, полый шток закреплен внутри корпуса неподвижно, верхняя часть штока выполнена в виде седла для шара, а под седлом на нем выполнены сквозные радиальные каналы, в верхней части корпуса установлена втулка, являющаяся ограничителем движения шара вверх, подвижным элементом клапана является полый поршень, расположенный на внешней образующей полого штока соосно с ним, и с возможностью перекрывать и открывать радиальные каналы полого штока, подвижный полый поршень подпружинен и имеет два бурта, являющиеся фиксатором движения поршня по вертикали при определенном давлении на поршень, между торцом верхней части составного корпуса и упором средней части корпуса установлены упорное и разрезное кольца для фиксации подвижного поршня в крайних положениях и регулирования усилия сжатия пружины. Для обеспечения герметичности сопрягаемых деталей в корпусе и подвижном штоке выполнены проточки, в которые установлены эластомерные уплотнительные кольца.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг.1 представлен клапан обратный трехпозиционный при работе насоса (при добычи нефти).
На фиг.2 представлен клапан обратный трехпозиционный при остановке насоса.
На фиг.3 представлен клапан обратный трехпозиционный при прокачке через него различных по составу, свойствам и назначению жидкостей.
Клапан обратный трехпозиционный (фиг.1) состоит из корпуса, который выполнен составным из верхней 1, средней 2 и нижней 3 частей, полого штока 4 с седлом 5 и радиальными каналами 6, шара 7, втулки 8, пружины 9 с регулируемым усилием сжатия, подвижного полого поршня 10. Поршень 10 расположен на внешней образующей полого штока 4 соосно с ним. Поршень 10 подпружинен пружиной 9, расположенной между корпусом 2, 3 и полым штоком 4. Пружина 9 ограниченна снизу торцом нижнего корпуса 3, по образующей - подвижным поршнем 10, перекрывающим или открывающим радиальные каналы 6 полого штока 4. Втулка 8 над шаром 7 предназначена для удержания шара от выноса из рабочей зоны. Втулка 8 выполнена в виде цанги со стороны шара и внутренним буртом на лепестках цанги для удержания шара 7 с обеспечением протока жидкости. Между торцом верхней части 1 составного корпуса и упором средней части 2 корпуса установлены упорное 11 и разрезное 12 кольца для регулирования усилия сжатия пружины и фиксации подвижного поршня 10 в крайних положениях при помощи буртов 13 на полом поршне 10. Для обеспечения герметичности сопрягаемых деталей в корпусе 1, 3 и подвижном штоке 10 выполнены проточки, в которые установлены эластомерные уплотнительные кольца 14, 15, 16, 17.
Клапан обратный трехпозиционный работает следующим образом.
При работе насоса под действием восходящего потока добываемой жидкости, движение шара 7 ограничивается втулкой 8 в виде цанги, обеспечивающей проток жидкости. При этом поток жидкости (на фиг.1 поток жидкости обозначен стрелками) по внутреннему проходному каналу клапана, обтекая шар 7, устремляется в насосно-компрессорные трубы (на чертеже не обозначены) и выносится из скважины на поверхность. В случае снижения производительности насоса (на фиг. не показан) или возрастания токовых нагрузок в приводе (из-за засорения или нарастания солевой корки на рабочих органах) насос останавливают, либо может произойти аварийная автоматическая остановка насоса. При этом шар 7 клапана обратного трехпозиционного (фиг.2) опускается на седло 5 полого штока 4 и перекрывает переток жидкости в обратном направлении в полость насоса, таким образом, осуществляется функция обратного клапана. Задаваемый расчетный перепад давления в клапане над и под шаром 7, вызванный разностью давлений под клапаном обратным трехпозиционным и давлением столба жидкости в колонне насосно-компрессорных труб над клапаном обратным трехпозиционным, удерживается подвижным поршнем 10 и пружиной 9 с регулируемым усилием сжатия.
Для удаления отложений солей, гидратов, парафинов или других нежелательных твердых образований на рабочих органах насоса, закачивают специальную жидкость в полость колонны насосно-компрессорных труб. При достижении расчетного значения давления над клапаном обратным трехпозиционным, подвижный поршень 10 преодолевает усилие пружины 9, опускается вниз и открывает радиальные каналы 6 полого штока 4 (фиг.3). Создается сообщение над- и подклапанного пространства, специальная жидкость попадает через радиальные отверстия 6 полого штока 10 и полость клапана (на фиг.3 движение потока жидкости показано стрелками) в полость насоса и очищает от различных отложений поверхность деталей насоса. После обработки полости насоса специальной жидкостью избыточное давление снимается. Подвижный поршень 10 под действием пружины 9 с регулируемым усилием сжатия, поднимается вверх, перекрывает радиальные каналы 6 полого штока 4, и клапан обратный трехпозиционный приходит в исходное состояние обратного клапана (фиг.2). Клапан обратный трехпозиционный удерживает столб жидкости над собой и облегчает запуск в работу насоса.
Таким образом, заявляемая полезная модель обеспечивает более эффективную эксплуатацию насосной установки за счет повышения межремонтного периода работы с помощью периодической очистки и уменьшения риска поломки насоса. Это, в свою очередь, повысит эффективность использования и насосного оборудования, и объектов разработки, что безусловно приведет к дополнительной добыче нефти при снижении эксплуатационных затрат.