Клапан-отсекатель

Полезная модель относится к нефтяной промышленности и может найти применение при сепарации газа и нефти в промысловых условиях подготовки нефти, газа и воды.
Известен клапан-отсекатель (патент RU № 2360172, МПК F16K 17/22, опубл. 27.06.2009 Бюл. № 18), содержащий корпус с входной, выходной и торцевой полостями, подпружиненный в направлении от седла подвижный втулочный затвор, пружинную камеру и взаимодействующий с ней клапан управления, причем в торце подвижного втулочного затвора выполнен штуцер, а выходная полость снабжена отверстием для взаимодействия с пружинной камерой через клапан управления.
Недостатками данного клапана являются необходимость предварительного глубокого разделения продукции на жидкость и газ, так как срабатывает только при поступлении «сухого» (без содержания жидкости) газа, так как жидкость, содержащаяся в газе (в том числе и газожидкостная эмульсия), что может повредить управляющие элементы или исключить срабатывание клапана-отсекателя полностью, а также сложность и ненадежность конструкции, состоящей из мелких точно подгоняемых к друг другу деталей.
Наиболее близким по технической сущности является клапан-отсекатель (патент RU № 2559906, МПК F16K 17/22, E21B 34/08, опубл. 20.08.2015 Бюл. № 23) включает корпус, днище с отверстием, сливной штуцер нефти, штуцер выхода газа, проницаемую перегородку, соединенные один над другим поплавки сферической формы с нижним штоком на нижнем поплавке, расположенным с возможностью перемещения в отверстии проницаемой перегородки, с верхним штоком на верхнем поплавке, установленным на карданной передаче и снабженным тороидальным уплотнением с возможностью контакта с седлом, размещенным на штуцере выхода газа, седло снабжено пластиной, закрепленной на расстоянии от седла, с центральным отверстием и манжетой, контактирующей с верхним штоком, при этом сливной штуцер нефти расположен в корпусе на уровне нижнего поплавка, а поплавки расположены по центру корпуса.
Недостатками данного клапана-отсекателя являются отсутствие защиты от направления газонефтяной смеси (пены, эмульсии) потребителю и необходимость регулярного слива накопившейся нефти из корпуса.
Технической задачей предполагаемой полезной модели является создание конструкции в клапане-отсекателя, позволяющего исключить отправку жидкости, содержащей нефть, потребителю и необходимость регулярного слива жидкости из корпуса за счет наличия отбойника, успокоителей в корпусе и конусного днища корпуса соответственно.
Техническая задача решается клапаном-отсекателем, включающим вертикальный корпус, днище с входным отверстием, штуцер выхода газа с седлом внутри, проницаемую перегородку, соединенные один над другим поплавки с нижним штоком на нижнем поплавке, расположенным с возможностью перемещения в отверстии проницаемой перегородки, с верхним штоком на верхнем поплавке, снабженным уплотнением, выполненным с возможностью контакта с седлом, которое снабжено пластиной, закрепленной внутри на расстоянии от седла, с центральным отверстием, контактирующим с верхним штоком.
Новым является то, что днище корпуса, установленного выше уровня жидкости в нормальном состоянии, выполнено конусным, расширяющимся от входного отверстия, внутри корпуса выше днища и ниже перегородки установлены на расстоянии 8 – 12 см друг от друга поперечные перемычки с продольными не совпадающими по вертикали отверстиями, нижняя из которых – отбойник выполнена глухой над входным отверстием.
Новым является также то, что диаметр отверстий в перемычках подбирается эмпирическим путем в обратной зависимости от количества газа в газонефтяной смеси.
Новым также является то, что количество в перемычках подбирается эмпирическим путем в прямой зависимости от количества газа в газонефтяной смеси.
На чертеже изображен клапан-отсекатель в продольном разрезе в изометрии.
Клапан-отсекатель включает вертикальный корпус 1, днище 2 с входным отверстием 3, штуцер 4 выхода газа с седлом 5 внутри, проницаемую перегородку 6, соединенные один над другим поплавки 6 и 7 с нижним штоком 8 на нижнем поплавке 7, расположенным с возможностью перемещения в центральном отверстии 9 проницаемой перегородки 10, с верхним штоком 11 на верхнем поплавке 6, снабженным уплотнением 12, выполненным с возможностью контакта с седлом 5. Седло 5 снабжено пластиной 13, закрепленной внутри штуцера 4 на расстоянии от седла 5, с центральным отверстием 14, контактирующим с верхним штоком 11. Днище 2 корпуса 1, установленного выше уровня жидкости (не показано) в нормальном состоянии, выполнено конусным, расширяющимся от входного отверстия 3. Внутри корпуса 1 выше днища 2 и ниже перегородки 10 установлены на расстоянии 8 – 12 см друг от друга поперечные перемычки 15 и 16 с продольными не совпадающими по вертикали отверстиями 17, нижняя из которых – отбойник 16 выполнена глухой над входным отверстием 3.
Чем больше количество газа в газонефтяной смеси, тем меньше диаметр отверстий 17 (выбирают в пределах 4 – 14 мм для месторождений Республики Татарстан – РТ) в перемычках 15 и 16, это определяется эмпирическим путем для каждого месторождения для исключения попадания нефти в штуцер 4.
Чем больше количество газа в газонефтяной смеси, тем больше количество перемычек 15 и 16 (выбирают в пределах 2 – 5 шт. для месторождений РТ), это определяется эмпирическим путем для каждого месторождения для исключения попадания нефти в штуцер 4.
Конструктивные элементы, технологические соединения и уплотнения, не влияющие на работоспособность клапана-отсекателя, на чертеже не показаны или показаны условно.
Клапан-отсекатель работает следующим образом.
Перед началом сборки определяют какое количество перемычек 15 и 16 и какой диаметр отверстий 17 в них надо сделать, исходя из опыта эксплуатации подобных устройств на этом или аналогичном месторождении. Нижнюю из перемычек 16, играющую роль отбойника в средней части, которая будет располагаться над входным отверстием 3, оставляют цельной – глухой. После изготовления перемычек 15 и 16 с отверстиями 17 их устанавливают и фиксируют (сваркой, склейкой или т.п.) на расстоянии друг от друга в 8 – 12 см (такой разброс не критичен для работоспособности устройства) внутри корпуса 1 между выходным отверстием 3 и проницаемой перегородкой 10 так, чтобы отверстия 17 перемычек 15 и 16 не совпадали по вертикали между собой. В отверстие 9 перегородки 10 вставляют нижний шток 8 с поплавками 6 и 7. Верхний шток 11 вставляют в центральное отверстие 13 перемычки 14 штуцера 4 выхода газа, после чего штуцер герметично фиксируют (сваркой, резьбой или т.п.) в корпусе 1. Далее корпус 1 герметизируют крышкой 18.
В собранном виде клапан-отсекатель доставляют к месту установки, например, к газовому выходу из сепараторного устройства, из затрубья скважины (не показаны) с газовым фактором и т.п. Патрубком 19 со стороны входного отверстия 3 корпус в вертикальном состоянии присоединяют к газовому выходу устройства или скважины, а штуцером 3 снаружи к выходному газопроводу и далее к потребителю (не показаны), например, на станцию очистки, газопереработки, в горелку печи и/или т.п.
При нормальной работе устройства или скважины газ поступает в корпус 1 через входное отверстие 3 проходит без затруднений через отверстия 17 перемычек 15 и 16, проницаемую перегородку 10 и открытое седло 5 в штуцер 4 и далее по газопроводу потребителю. Когда происходит несанкционированный резкий рост давления в устройстве или скважины (например, после технологических обработок пласта скважины, аварийной ситуации в устройстве или т.п.) в корпус 1 поступает через входное отверстие 3 газонефтянная смесь, на поверхности которой очень часть имеется пена или эмульсия, состоящая из мелких капель нефти и пузырьков газа. Эта смесь ударяется в центральную часть нижней перемычки – отбойника 16 отражаясь к вниз и к стенкам корпуса 1, создаёт интенсивное перемешивания этой смеси. При соударении с отбойником 16 и перемешивании частицы нефти и пузырьки газа увеличиваются в размере. После чего через отверстия 17 нижней перемычки 16 она перемещается вверх. Далее из-за того, что отверстия 17 поперечные перемычек 15 и 16 не совпадают по вертикали, поток газожидкостной смеси при подъеме постоянно меняет направление, позволяя укрупнится пузырькам газа за счет гравитационных сил до высвобождения от нефти, то есть перемычки 15 играют роль успокоителей потока. К проницаемой перегородке 10 поднимается спокойный поток газонефтяной смеси практически без пены и эмульсии. Затем газонефтяная смесь взаимодействует с поплавками 6 и 7, заставляя их всплывать. Благодаря нижнему 8 и верхнему 11 штокам, скользящим в центральных отверстиях 9 и 13 перегородки и перемычки 14 соответственно, уплотнение 12 взаимодействует с седлом 5, герметично перекрывая его и не допуская попадание нефти в штуцер 4. Это фиксируется ростом давления на газовом выходе, после чего оператор или автоматика отключают клапан-отсекатель от газового выхода. После ликвидации аварийной ситуации или стабилизации давления клапан-отсекатель сообщение корпуса 1 с газовым выходом через патрубок 19 возобновляется, жидкость (нефть, вода и т.д.) из корпуса 1 по конусному днищу 2 стекает в скважину или в устройство, поплавки поплавками 6 и 7 опускаются вместе с уплотнением 12, отходя от седла 5 и открывая проход газа в штуцер 4. То есть без дополнительных операций (например, не надо сливать из корпуса 1 жидкость) клапан-отсекатель автоматически переходит в открытое состояние и готов к дальнейшей работе.
Как показала практика использования таких клапанов-отсекателей практически полностью исключает попадание нефти с пеной или эмульсией в штуцер 4 и далее к потребителю.
Клапан-отсекатель включает вертикальный корпус 1, днище 2 с входным отверстием 3, штуцер 4 выхода газа с седлом 5 внутри, проницаемую перегородку 6, соединенные один над другим поплавки 6 и 7 с нижним штоком 8 на нижнем поплавке 7, расположенным с возможностью перемещения в центральном отверстии 9 проницаемой перегородки 10, с верхним штоком 11 на верхнем поплавке 6, снабженным уплотнением 12, выполненным с возможностью контакта с седлом 5. Седло 5 снабжено пластиной 13, закрепленной внутри штуцера 4 на расстоянии от седла 5, с центральным отверстием 14, контактирующим с верхним штоком 11. Днище 2 корпуса 1, установленного выше уровня жидкости (не показано) в нормальном состоянии, выполнено конусным, расширяющимся от входного отверстия 3. Внутри корпуса 1 выше днища 2 и ниже перегородки 10 установлены на расстоянии 8 – 12 см друг от друга поперечные перемычки 15 и 16 с продольными не совпадающими по вертикали отверстиями 17, нижняя из которых – отбойник 16 выполнена глухой над входным отверстием 3.
Предлагаемый клапан-отсекатель позволяет исключить отправку жидкости, содержащей нефть, потребителю и необходимость регулярного слива жидкости из корпуса за счет наличия отбойника, успокоителей в корпусе и конусного днища корпуса соответственно.