САМООЧИЩАЮЩИЙСЯ КЛАПАННЫЙ МЕХАНИЗМ

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, а именно, к клапанным механизмам скважинных насосных установок. Предлагаемая конструкция самоочищающегося клапанного механизма позволяет проводить очистку клапанного механизма скважинного оборудования от выносимого из нефтяного пласта песка и механических примесей без остановки работы насоса, а также увеличивает надежность удержания добываемой жидкости в колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) после остановки работы насоса.
Известен фильтр скважинный самоочищающийся Юмачикова (патент РФ №2305756, кл. Е21В 43/08, дата публ. 10.09.2007), содержащий концентрически установленные наружную, промежуточную и внутреннюю трубы, при этом наружная труба по обоим торцам соединена с промежуточной кольцевыми заглушками. Внутренняя труба снабжена фильтрующим элементом, размещенным в интервале отверстий, выполненных на данной трубе, снабженной раструбом и соединенной с ним продольными ребрами. Раструб расположен с зазором относительно промежуточной трубы и снабжен центратором, и в нижней части -соплом. В кольцевом зазоре между внутренней и промежуточной трубами, соосно с ним размещен фильтрующий элемент, выполненный в виде обратного усеченного конуса и прикрепленный к данным трубам выше верхних отверстий, выполненных в трубах. Средние отверстия промежуточной трубы выполнены напротив раструба и снабжены фильтрующим элементом.
Недостатком данного устройства является то, что ввиду наличия в самоочищающемся фильтре Юмачикова фильтрующих элементов, выполненных в виде сеток, перекрывающих входные отверстия,
расположенные на всасывающей трубе наименьшего диаметра, высока вероятность засорения (забивания) ее привнесенным плавающим мусором, а далее и песком за счет уменьшения фильтрующей поверхности. Кроме того, устройство устанавливается автономно от клапанного механизма и не может удерживать столб жидкости в НКТ при остановке работы насоса.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является клапанный механизм скважинного насоса со шламоуловителем (патент РФ №59170, кл. МКИ Е21В 34/06, F04D 15/02), содержащий корпус клапанного механизма и корпус шламоуловителя, соединенные посредством переходной муфты. Внутри корпуса клапанного механизма концентрично размещена цилиндрическая втулка с боковыми продольными отверстиями, а в нижней ее части размещен обратный клапан в виде клапанной пары шарик-седло с центратором, обеспечивающим посадку шарика в седло при остановке насоса. Корпус клапанного механизма посредством втулки соединен с выкидным цилиндрическим патрубком, к верхней части которого навинчен отсекатель, имеющий по центральному несквозному каналу с каждого торца. В стенках отсекателя, с той стороны, где он сообщается своим внутренним каналом с внутренним каналом выкидного патрубка, расположены два наклонных эллипсоидных отверстия под углом не более 50° к центральной оси отсекателя. В стенках другого несквозного отверстия отсекателя симметрично расположены два наклонных эллипсоидных отверстия, стенки которых расположены под углом не более 50° к центральной оси отсекателя. Образующие обеих пар сквозных наклонных отверстий отсекателя расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях на разных уровнях. Наружная поверхность отсекателя и выкидного патрубка образуют с внутренней поверхностью корпуса клапанного механизма кольцевую приемную камеру шламоуловителя.
Недостатком данной конструкции при интенсивном выносе песка и мехпримесей является необходимость остановки работы насосного оборудования с целью очистки кольцевой приемной камеры шламоуловителя клапанного механизма, что приводит к уменьшению межремонтного периода насосного оборудования и снижает производительность нефтедобывающего оборудования.
Задачей, на решение которой направлено создание предлагаемой полезной модели, является осуществление очистки клапанного механизма насосного оборудования от мехпримесей и песка без остановки его работы, а также увеличение надежности клапанного механизма при удержании столба добываемой жидкости после остановки насоса.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение производительности нефтедобывающего оборудования за счет увеличения межремонтного периода работы насосного оборудования.
Поставленная задача и технический результат достигается благодаря тому, что в стенках выкидного патрубка с одного конца выполнены несколько рядов диаметрально расположенных сквозных наклонных отверстий, образующие которых расположены под углом 30-50° к центральной оси насосной установки по направлению потока добываемой жидкости. Во время работы насоса, поток добываемой жидкости, включающей мехпримеси и песок, и проходящей через центральный канал выкидного патрубка, имеет давление, меньшее чем давление стационарной жидкости, находящейся в кольцевой приемной камере шламоуловителя, в которой скапливается песок и мехпримеси, и, вследствие этого, за счет разницы давлений, песок и мехпримеси через сквозные наклонные отверстия в стенках выкидного патрубка эжектируются (выдавливаются) в поток добываемой жидкости, освобождая тем самым кольцевую приемную
камеру шламоуловителя от отложений в виде песка и мехпримесей, осевших туда после остановки работы насосного оборудования. Очищаемая таким образом кольцевая приемная камера шламоуловителя не требует остановки насосного оборудования для очистки клапанного механизма от песка и мехпримесей, что приводит к увеличению межремонтного периода работы насосной установки, и соответственно, к повышению производительности насосного нефтедобывающего оборудования.
Поставленная задача и технический результат достигается также и тем, что к корпусу клапанного механизма, дополнительно устанавливают корпус клапана нижнего с дополнительной клапанной парой, аналогичной по конструкции основной клапанной паре. При остановке насоса, шарик дополнительной клапанной пары, также как и основная клапанная пара, перекрывает центральный сквозной канал насосной установки, препятствуя спуску столба жидкости, обратно в скважину. Установка второй клапанной пары увеличивает надежность работы клапанного механизма, дополнительно обеспечивая возможность запуска насосной установки без дополнительных затрат времени и электроэнергии для того, чтобы снова поднять столб жидкости из пласта до дневной поверхности, что позволяет увеличить надежность работы насосного оборудования.
Сущность самоочищающегося клапанного механизма поясняется схемой общего вида, представленного на рисунке. Самоочищающийся клапанный механизм включает цилиндрический корпус клапанного механизма 1 с внутренней и наружной резьбой на обоих концах, при этом во внутреннем канале корпуса, ближе к одному из торцев, выполнен кольцевой уступ с диаметром, меньшим внутреннего диаметра корпуса. С торца, к которому ближе кольцевой уступ, внутрь корпуса клапанного механизма 1 вворачивается наконечник верхний 2 с предварительно установленной на нем основной клапанной парой 3 «шарик-седло» таким образом, что седло основной клапанной пары 3 упирается в нижний торец
кольцевого уступа. С другого торца корпуса клапанного механизма 1, во внутренний его канал, в упор кольцевого уступа, устанавливают цилиндрическую втулку 4 с продольными сквозными отверстиями в стенках и с установленной внутри нее пружиной 5, поджимающей центратор 6 к установленной внутри корпуса клапанного механизма 1 основной клапанной паре 3. Цилиндрическая втулка 4 с другого ее торца фиксируется ввинчиваемой внутрь корпуса 1 кольцевой втулкой 7 с наружной и внутренней резьбой и с несколькими сквозными радиальными монтажными отверстиями, расположенными ближе к одному из торцев втулки 7. Внутрь кольцевой втулки 7 с помощью резьбового соединения концентрично устанавливают цилиндрический выкидной патрубок 8 с наружной резьбой на обоих концах, имеющий в стенках с одного конца несколько рядов диаметрально расположенных сквозных наклонных отверстий 9, образующие которых расположены под углом 30-50° к центральной оси установки по направлению потока добываемой жидкости. На другой конец выкидного патрубка 8 с помощью резьбового соединения устанавливают наконечник 10, имеющий внутренние центральные несквозные каналы с каждого торца. В стенках цилиндрического канала наконечника 10, сообщающегося с внутренним каналом выкидного патрубка 8, выше резьбового соединения с ним, имеются два симметрично расположенных наклонных эллиптических сквозных отверстия 11, расположенных под углом 120° градусов к центральной оси выкидного патрубка. Центральное несквозное отверстие с другого торца наконечника 10 имеет цилиндрический канал, переходящий в конический, при этом образующая конической части внутренней поверхности расположена под углом 30-50° к центральной оси, а в стенках цилиндрической части канала симметрично друг другу расположены два наклонных эллипсоидных отверстия 12, стенки которых расположены под углом не более 50° к центральной оси наконечника 10. Образующие обеих пар сквозных наклонных отверстий расположены во взаимоперпендикулярных
плоскостях на разных уровнях, что исключает попадание механических примесей в выкидной патрубок 8 клапанного механизма при остановке насоса. Корпус клапанного механизма 1 и корпус шламоуловителя 13 последовательно соединены с помощью внутренней резьбы переходной муфты 14. Внутренняя боковая цилиндрическая поверхность корпуса шламоуловителя 13, наружная боковая поверхность выкидного патрубка 8 и наружная поверхность наконечника 10 образуют кольцевую приемную камеру шламоуловителя 15. Внутренняя полость выкидного патрубка 8 и кольцевая приемная камера шламоуловителя 15 сообщаются через несколько рядов диаметрально расположенных сквозных наклонных отверстий 9,
С целью увеличения надежности работы клапанного механизма при удержании столба добываемой жидкости в случае остановки насоса, к корпусу клапанного механизма 1, ниже основной клапанной пары 3 шарик-седло, устанавливают с помощью резьбового соединения корпус клапана нижнего 16, наружная цилиндрическая поверхность которого имеет переход с большего диаметра в области присоединения к корпусу клапанного механизма 1 на меньший диаметр. Корпус клапана нижнего 16 имеет внутренний сквозной канал сложной формы. С той стороны, где корпус клапана нижнего 16 соединяют с корпусом клапанного механизма 1, внутренний его канал имеет цилиндрическую форму, диаметр которого совпадает с наружным диаметром корпуса клапанного механизма 1 и имеет длину, не менее длины наконечника верхнего 2. С другой стороны корпуса клапана нижнего 16, сквозной цилиндрический канал имеет диаметр, равный наружному диаметру наконечника нижнего 17, и длину, не менее длины наконечника 17, аналогичного по конструкции наконечнику верхнему 2, на котором также установлена дополнительная капанная пара 18 шарик-седло, аналогичная основной клапанной паре 3, и в районе которой внутренний канал корпуса клапана нижнего 16 переходит в
цилиндрический канал с расположенной в нем клапанной парой 3, при этом они соединяются друг с другом через внутреннюю перемычку тремя наклонными сквозными каналами 19, расположенными под углом 10-20° к центральной оси. Корпус клапана нижнего 16 соединяет сборку клапанного механизма с колонной НКТ посредством цилиндрического переходника 20. С этой же целью, на наружной резьбе в верхней части корпуса шламоуловителя 13 устанавливают муфту НКТ.
Самоочищающийся клапанный механизм работает следующим образом. При включении насосной установки, поток добываемой жидкости вместе с песком и мехпримесями проходит через внутренний сквозной канал переходника 20, наконечника нижнего 17, поднимает шарик дополнительной клапанной пары 18 до упора его в нижний торец внутренней перемычки корпуса клапана нижнего 16, проходит через 3 наклонных сквозных канала 19, поступает во внутренний канал наконечника верхнего 2 и преодолевая сопротивление центратора 6, поджимаемого усилием сжатия пружины 5, открывает проход, поднимая шарик основной клапанной пары 3, и далее поднимаясь через боковые продольные пазы цилиндрической втулки 4, поступает во внутренний центральный канал выкидного патрубка 8. Выходя из выкидного патрубка 8, поток поступает в центральный несквозной канал наконечника 10, далее выходит через два эллипсовидных наклонных отверстия 11 и уходит в на выкид в НКТ. Находящиеся в добываемой жидкости песок и механические примеси в виде окалины, цементной крошки и т.п., имеющие плотность в 3-4 раза превышающую плотность поднимающейся добываемой жидкости, ударяясь во внутреннюю стенку шламоуловителя 13, частично оседают в кольцевую приемную камеру шламоуловителя 15, но основная масса выносится с добываемым потоком в центральный канал верхней муфты НКТ, и далее на выкид.
При отключении насосной установки, шарик основной клапанной пары 3, поджимаемый центратором 6 под действием усилия сжатия пружины 5, и
шарик дополнительной клапанной пары 18 под действием силы тяжести, устанавливаются в седла клапанов, и дополнительно прижимаемые столбом жидкости над ними, препятствуют его спуску обратно в скважину из колонны НКТ и затрубного пространства. Песок и другие мехпримеси, находящиеся в стационарном столбе жидкости выше наконечника 10 на выкиде из НКТ, осаждаются в сообщающийся с выкидным каналом НКТ верхний несквозной канал наконечника 10 и, накапливаясь, по двум наклонным эллипсовидным отверстиям 12 скатываются и собираются в кольцевой приемной камере шламоуловителя 15. При этом, за счет того, что образующие сквозных наклонных отверстий 9 расположены под восходящим углом по отношению к кольцевой приемной камере шламоуловителя 15, находящиеся и скопившиеся в нем песок и мехпримеси не попадают снова в стационарный столб жидкости выкидного патрубка при остановке насоса.
После включения насосной устанвоки, песок и мехпримеси, осевшие из стационарного столба добываемой жидкости, и скопившиеся в кольцевой приемной камере шламоуловителя 15 за время отключения насосной установки, за счет создаваемой разницы давлений, эжектируются (выталкиваются) через сквозные наклонные отверстия 9, в поднимающийся поток добываемой жидкости, проходящий через центральный канал выкидного патрубка 8. При этом происходит очистка объема кольцевой приемной камеры шламоуловителя 15 от песка и мехпримесей, что позволяет производить очистку клапанного механизма без остановки насосного оборудования, и соответственно увеличивает его межремонтный период.
Предлагаемый самоочищающийся клапанный механизм с кольцевой приемной камерой шламоуловителя может быть установлен в нефтедобывающем оборудовании на выкиде электропогружных центробежных и винтовых насосов, оборудованных пакером в нижней их части.