КЛАПАН ОБРАТНЫЙ РЕВЕРСИВНЫЙ
REVERSIBLE CHECK VALVE

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и может быть использовано в нефтяной промышленности, в частности во внутрискважинном эксплуатационном оборудовании, и может применяться при добыче пластовой жидкости, профилактических работах, промывке и освоении скважины.
Известен обратный клапан (патент РФ №2391592, МПК F16K 15/04, дата публ. 10.06.2010), содержащий корпус с верхней и нижней внутренними присоединительными резьбами, подвижный ступенчатый стакан со сквозными отверстиями, на наружной поверхности которого выполнена кольцевая проточка, в которой установлена эластомерная кольцевая прокладка, муфту для регулировки поджатия пружины, защитное уплотнение, поджатое пробкой, запорный элемент в виде шарика.
Недостатком известного обратного клапана является низкая надежность при эксплуатации из-за возможности попадания твердых частиц, содержащихся в пластовой жидкости, в зазор между подвижным ступенчатым стаканом и сквозным внутренним отверстием пробки, что может привести к заклиниванию стакана, в результате чего может произойти потеря герметичности и работоспособности устройства.
Недостатком обратного клапана является также то, что при проведении профилактических работ промывочная жидкость проходит между витками сжатой пружины, что увеличивает гидравлическое сопротивление потоку жидкости и ускоряет износ пружины.
Кроме того, наличие в устройстве кольцевой прокладки, выполненной из эластомерного материала, снижает стойкость конструкции к агрессивным жидкостям, содержащим химические реагенты, которые используются в промывочных жидкостях при проведении профилактических работ в скважине.
Известен клапан обратный реверсивного действия (патент РФ №65598, МПК F16K 1/38, дата публ. 10.08.2007), взятый в качестве прототипа, который содержит корпус с конической поверхностью посадочного седла, клапан обратного действия с наружной ответной конической поверхностью посадочного седла, клапан прямого действия с наружной ответной конической поверхностью клапана обратного действия. Клапан обратный снабжен также пружиной и гайкой ограничительной для клапана прямого действия, упором с наружной резьбой и проходными отверстиями для потока жидкости, контргайкой, пружиной для клапана обратного действия, и регулировочной гайкой.
Недостатком известного клапана обратного реверсивного действия является низкая надежность при эксплуатации из-за возможности попадания твердых частиц, содержащихся в пластовой жидкости, между коническими поверхностями посадочных седел клапанов прямого и обратного действия, что может привести к потере герметичности и работоспособности клапанов.
Недостатками известного клапана являются также то, что при проведении профилактических работ промывочная жидкость проходит между витками сжатой пружины клапана обратного действия, что увеличивает гидравлическое сопротивление потоку жидкости и ускоряет износ пружины.
Кроме того, установка в устройстве клапана прямого действия соосно клапану обратного действия с помощью оси, проходящей в отверстии упора и дополнительно снабженной пружиной клапана прямого действия и гайкой ограничительной, усложняет сборку и конструкцию изделия, что снижает в целом эксплуатационную надежность изделия.
Задача изобретения - разработка конструкции клапана обратного реверсивного, обеспечивающего эксплуатационную надежность, ремонтопригодность, снижение гидравлического сопротивления потоку жидкости.
Технический результат состоит в повышении надежности работы устройства, удобстве монтажа, ремонтопригодности, в увеличении срока эксплуатации за счет исключения заклинивания и разрушения подвижных элементов конструкции под действием агрессивной среды и твердых частиц, содержащихся в пластовой жидкости.
Указанный технический результат достигается тем, что клапан обратный реверсивный, содержащий цилиндрический корпус с отверстием, в котором размещены клапаны прямого и обратного действия, включающие запорные элементы с посадочными седлами с входными и выходными каналами для прохода жидкости, возвратную пружину для клапана обратного действия, взаимодействующую с регулировочной гайкой, согласно изобретению, снабжен ступенчатым цилиндрическим клапанным модулем, установленным в ступенчатое отверстие корпуса с образованием кольцевых зазоров, при этом в модуле выполнены разнонаправленные отверстия для установки посадочных седел клапанов прямого и обратного действия, расположенные на оси, совпадающей с осью корпуса, соединенные с непересекающимися наклонными, осесимметричными выходными и входными каналами для прохода жидкости соответственно, при этом запорный элемент клапана прямого действия и ограничитель его перемещения установлены в верхней части модуля, а запорный элемент клапана обратного действия размещен в нижней части модуля с возможностью взаимодействия с упором, установленным на втором конце возвратной пружины, снабженным посадочным отверстием для запорного элемента клапана обратного действия и отверстиями для прохода жидкости.
Установка клапана прямого действия с седлом, запорным элементом и ограничителем, а также выполнение седла клапана обратного действия, входных и выходных каналов для прохода жидкости в виде единой сборки - модуля позволяет упростить конструкцию, повысить ее безопасность и надежность, снизить гидравлическое сопротивление потоку жидкости, повысить удобство сборки/разборки клапана и его ремонтопригодность за счет взаимозаменяемости модуля.
Технический результат достигается также тем, что выполнение проходных отверстий в упоре, расположенном выше возвратной пружины, вынуждает поток жидкости в процессе работы проходить по внутренней полости пружины, что позволяет снизить гидравлическое сопротивление потоку жидкости, а также защитить пружину от разрушения (размыва), повысить долговечность и надежность работы клапана.
Выполнение в упоре посадочного отверстия (например, ступенчатого) для запорного элемента клапана обратного действия ограничивает его перемещение в поперечном направлении относительно оси клапана обратного реверсивного, что повышает надежность срабатывания клапана обратного действия при проведении профилактических работ, связанных с промывкой оборудования.
Выполнение корпуса клапана сборным, состоящим из двух полукорпусов, соединенных между собой при помощи разъемного соединения (например, резьбового), позволяет при износе комплектующих клапана, свободно произвести их замену, что повышает удобство сборки/разборки клапана обратного реверсивного и его ремонтопригодность.
Установка клапанного модуля в ступенчатом отверстии первого полукорпуса и поджатие его торцевой поверхностью второго полукорпуса позволяет надежно зафиксировать клапанный модуль в корпусе с соблюдением соосности относительно корпуса клапана, а также улучшает удобство эксплуатации, позволяет осуществлять быструю установку/замену модуля в корпусе клапана.
Выполнение ограничителя перемещения запорного элемента клапана прямого действия в виде решетки, закрепленной в модуле с помощью разъемного соединения, например резьбового, позволяет повысить ремонтопригодность клапанного модуля.
Выполнение запорных элементов в виде шариков позволяет исключить попадание твердых частиц, содержащихся в пластовой жидкости между шариком и кольцевым седлом из-за малой площади контакта этих элементов, что предотвращает потерю герметичности клапана.
Выполнение запорных элементов и посадочных седел клапанов прямого и обратного действия из твердого износостойкого и кислотостойкого материала позволяет исключить разрушение клапанов прямого и обратного действия под действием агрессивной среды перекачиваемой жидкости и содержащихся в ней механических примесей, что повышает срок эксплуатации изделия.
Наличие указанных признаков позволяет сделать вывод о новизне технического решения.
При сравнении заявленного решения с другими техническими решениями в данной области техники не выявлена совокупность признаков, отличающих заявленное решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию «изобретательский уровень».
Таким образом, заявленное решение является новым, имеет изобретательский уровень, промышленно применимо.
На фиг.1 изображен общий вид клапана обратного реверсивного, запорные элементы закрыты. На фиг.2 показан разрез А-А клапана. На фиг.3 показан клапан обратный реверсивный при восходящем потоке жидкости. На фиг.4 - клапан обратный реверсивный при обратном протоке жидкости при проведении профилактических работ.
Клапан обратный реверсивный содержит цилиндрический корпус, состоящий, например, из двух полукорпусов 1 и 2 со ступенчатым отверстием 3, в котором установлен ступенчатый цилиндрический клапанный модуль 4 с кольцевыми зазорами 5 и 6, образованными внутренней поверхностью полукорпусов 1 и 2 и наружной поверхностью ступеней 7 и 8 соответственно. В модуле 4 выполнены разнонаправленные отверстия 9 и 10, соединенные с непересекающимися наклонными осесимметричными каналами 11 и 12 соответственно, размеры и количество которых зависят от проходного сечения клапана обратного реверсивного. В отверстиях 9 и 10 установлены кольцевые седла 13 и 14 и запорные элементы (шарики) 15 и 16, образующие клапаны прямого и обратного действия соответственно. Клапанный модуль 4 снабжен ограничителем 17 осевого перемещения шарика 15. В ограничителе 17 выполнены отверстия 18 для прохода жидкости. Шарик 16 поджат пружиной 19 посредством упора 20, в котором выполнено ступенчатое отверстие 21 для размещения шарика 16 и продольные отверстия 22 для прохода жидкости. Для регулирования сжатия пружины 19 второй конец ее снабжен регулировочной гайкой 23, установленной с помощью резьбового соединения в полукорпусе 2.
Клапан обратный реверсивный работает следующим образом.
При включении насоса под действием восходящего потока добываемая жидкость последовательно проходит через отверстие регулировочной гайки 23, внутреннюю полость пружины 19, продольные отверстия 22 упора 20 и попадает в кольцевой зазор 6. При этом клапан обратного действия закрыт, так как шарик 16 поджат пружиной 19 к седлу 14. Далее жидкость, проходя через каналы 11 и отверстие 9, поднимает шарик 15 над седлом 13 и выходит через отверстия 18 ограничителя 17 в трубу НКТ (не показано).
При остановке насоса под действием столба пластовой жидкости возникает перепад давлений между зонами, расположенными до и после клапана обратного реверсивного, при этом шарик 15 садится на седло 13, перекрывая обратный поток жидкости в полость 6. При этом клапан обратного действия остается закрытым (шарик 16 поджат пружиной 19 посредством упора 20 к седлу 14). Таким образом, столб жидкости удерживается в колонне НКТ, предотвращая обратное вращение рабочих органов насоса.
При проведении профилактических работ, связанных с промывкой оборудования от отложения солей, гидратов парафинов и других твердых образований, и осуществляющихся после остановки насоса и закрытия клапана прямого действия, в колонну НКТ подают промывочную жидкость под давлением, превышающим эксплуатационное, которая проходит через кольцевой зазор 5 клапана обратного реверсивного, по каналам 12 в отверстие 10 и преодолевая силу упругости пружины 19, отжимает шарик 16 от седла 14 и прижимает его в ступенчатое отверстие 21 упора 20, что предотвращает перемещение шарика 16 в поперечном направлении относительно оси клапана обратного реверсивного. Далее промывочная жидкость проходит через продольные отверстия 22 упора 20, внутреннюю полость пружины 19 и отверстие гайки 23 и выходит к насосу, обеспечивая его промывку.
Предложенная конструкция клапана обратного реверсивного позволяет обеспечить высокую надежность срабатывания клапана, увеличить срок эксплуатации изделия, уменьшить гидравлическое сопротивление жидкости, что в целом повышает пропускную способность клапана и снижает энергетические затраты на перекачку жидкости.