УНИВЕРСАЛЬНЫЙ КЛАПАН

Полезная модель относится к запорно-регулирующим устройствам, например, входящим в комплекс оборудования для добычи нефти, в котором подача жидкости осуществляется с помощью скважинного насоса по эксплуатационной трубе насосно-компрессорных труб (НКТ).
При промывке в прямом направлении для ликвидации асфальто-смоло-парафиновых, гидратных и ледяных пробок в трубном пространстве скважин, оборудованных скважинными электроцентробежными насосами, жидкость подается снизу вверх. Поскольку в процессе работы насос подвержен загрязнению парафиновыми и другими отложениями, производится его периодическая промывка специальными растворами, подаваемыми с поверхности по той же эксплуатационной трубе, но в обратном направлении, т.е. сверху вниз. Обычные обратные клапаны не пропускают жидкость в этом направлении, а промывочные клапаны не обеспечивают защиту насоса от давления столба жидкости при работе в рабочем и остановочном режимах.
Клапан универсальный работает в трех режимах эксплуатации - рабочем, остановочном и промывочном.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемой полезной модели является клапан универсальный (патент RU 2405998, МПК F16K 15/04, опубл. 10.12.2010), содержащий расположенные в полом цилиндрическом корпусе клапанный блок с кольцевой проточкой и сквозными отверстиями, поджатый резьбовой втулкой, запорный элемент в виде шарика, пружину и упор со сквозными отверстиями. Клапанный блок имеет возможность скольжения в сквозном отверстии резьбовой втулки и корпусе вдоль вертикальной оси. При этом нажимной торец упора в исходном положении расположен с гарантированным зазором по отношению к шарику.
Основным достоинством данного клапана является запорный орган в виде клапанной пары шарик - кольцевое седло из твердого сплава, применение которого обеспечивает надежную, длительную эксплуатацию на всех обратных клапанах.
Применение оригинальной конструкции открытия клапана позволяет ему работать в режиме пульсаций, что решает проблему налипания загрязнений на клапанную пару. Предлагаемое устройство обеспечивает защиту насоса от давления столба жидкости при работе в рабочем и остановочном режимах, а также периодический пропуск специального раствора в обратном направлении в режиме промывки.
Переключение предлагаемого клапана с рабочего на промывочный режим производится за счет того, что промывочный раствор подается под давлением, гарантированно превышающим давление столба жидкости при обычном режиме работы насоса.
Недостаток прототипа: в конструкции клапана не предусмотрена возможность компенсации изменения давления, зависящего от глубины погружения и затрубного давления. В результате для каждой скважины необходима предварительная настройка на стенде давления открытия клапана.
Задачей полезной модели является разработка конструкции клапана, обеспечивающей компенсацию изменения давления, тем самым обеспечение надежной бесперебойной работы в режиме прямой промывки на скважинах разной глубины.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в универсальном клапане, содержащем расположенные в полом цилиндрическом корпусе клапанный блок с кольцевой проточкой и сквозными отверстиями, поджатый резьбовой втулкой, имеющий возможность скольжения в ее сквозном отверстии и корпусе вдоль вертикальной оси, запорный элемент в виде шарика, седло, пружину, упор со сквозными отверстиями, нажимной торец которого в исходном положении расположен с гарантированным зазором по отношению к шарику, в корпусе выполнено сквозное разгрузочное отверстие, ось которого расположена в плоскости соприкосновения нижнего торца резьбовой втулки и наружной торцевой поверхности клапанного блока, ниже разгрузочного отверстия на боковой поверхности клапанного блока, а также в сквозном отверстии резьбовой втулки установлены уплотнительные системы.
Упор выполнен в виде полой гильзы с конусным участком, имеющим пазы со сквозными отверстиями. Кроме того кольцевая проточка и сквозные отверстия клапанного блока имеют такую длину, что при расположении шарика в крайнем верхнем положении объем жидкости, проходящей через участки отверстий расположенных выше и ниже шарика одинаков. При этом уплотнительные системы состоят из эластичного элемента и двух неэластичных разрезных опорных колец.
Заявляемый клапан схематически представлен на фиг.1, 2 и 3.
На фиг.1 представлен продольный разрез клапана в исходном положении.
На фиг.2 представлен продольный разрез клапана в рабочем режиме.
На фиг.3 представлен продольный разрез клапана в промывочном режиме.
Универсальный клапан содержит (фиг.1, 2 и 3) полый цилиндрический корпус 1 с верхней внутренней и нижней наружной присоединительными резьбами, которые служат для присоединения клапана к колонне насосно-компрессорных труб. В корпусе 1 установлен клапанный блок 2, в исходном положении поджатый сверху резьбовой втулкой 3 со сквозным отверстием, при этом клапанный блок 2 имеет возможность скольжения в сквозном отверстии резьбовой втулки 3 и корпусе 1 вдоль вертикальной оси. В сквозном отверстии резьбовой втулки 3 выполнена кольцевая канавка для установки уплотнительной системы 4. Клапанный блок 2 выполнен в виде полого стакана со ступенчатой внутренней поверхностью, при этом внутренний диаметр его нижнего участка 5 больше диаметра верхнего участка 6, а на верхнем участке 6 выполнена кольцевая проточка 7, ограниченная верхней и нижней фасками. Нижняя фаска является седлом 8 для запорного элемента, выполненного в виде шарика 9. Кольцевая проточка 7 ограничивает вертикальное перемещение шарика 9.
В зоне расположения проточки 7 в стенке клапанного блока 2 выполнены равномерно расположенные сквозные отверстия 10. Длина кольцевой проточки 7 и продольная длина каждого сквозного отверстия 10 выбраны таким образом, что при расположении шарика 9 в крайнем верхнем положении объем жидкости, проходящей через участки сквозных отверстий 10 расположенных выше и ниже шарика 9 одинаков.
На цилиндрической наружной поверхности корпуса 1 перпендикулярно оси клапана выполнено сквозное калиброванное отверстие 11, ось которого расположена в плоскости соприкосновения нижнего торца резьбовой втулки 3 и наружной торцевой поверхности клапанного блока 2.
Ниже калиброванного сквозного отверстия 11 на боковой поверхности клапанного блока 2 выполнена кольцевая канавка для установки уплотнительной системы 12.
Уплотнительные системы 4 и 12 состоят из двух компонентов - эластичного элемента и двух неэластичных разрезных опорных колец.
Клапанный блок 2 поджат витой пружиной сжатия 13, предварительно сжатой усилием, величина которого определяется рабочим давлением, т.е. давлением столба жидкости в вертикальном трубопроводе.
Другой конец пружины опирается на торец упорной гильзы 14, закрепленной в корпусе с помощью нажимной резьбовой втулки 15.
Наружная цилиндрическая поверхность упорной гильзы 14 переходит в конусную поверхность, заканчивающуюся цилиндрическим наконечником с нажимным сферическим торцом, периодически контактирующим с шариком 15. Внутри упорной гильзы 14 выполнена внутренняя цилиндрическая полость.
На конусном участке упорной гильзы 14 выполнены пазы с продольными сквозными отверстиями 16.
Устройство работает следующим образом. В исходном положении (фиг.1) пружина 13 предварительно сжата усилием, которое определяется рабочим давлением, т.е. давлением столба жидкости в вертикальном трубопроводе. В рабочем режиме (фиг.2) жидкость под рабочим давлением подается от насоса снизу во внутреннюю цилиндрическую полость упорной гильзы 14. После чего через сквозное отверстие седла клапана 8 шарик 9 поднимается в крайнее верхнее положение и тем самым соединяет полость, расположенную выше клапанного блока 2 и полость, расположенную внутри упорной гильзы 14. Жидкость проходит через продольные сквозные отверстия 16 упорной гильзы 14, затем через сквозные отверстия 10 клапанного блока 2 и далее в трубопроводную трассу.
При остановке двигателя насоса шарик 9 под действием собственного веса опускается, закрывает отверстие седла клапана 8. При этом клапан возвращается в исходное положение (фиг.1) и работает как обратный клапан, предохраняя систему от давления столба жидкости в трубопроводной трассе. При этом полость, расположенная выше клапанного блока 2 и полость, расположенная внутри упорной гильзы 14 разобщены, между нажимным торцом упорной гильзы 14 и нижней точкой шарика 9 сохраняется гарантированный зазор.
При промывочном режиме (фиг.3) жидкость под давлением, гарантированно превышающим рабочее давление, подается в полость, расположенную выше клапанного блока 2. При этом клапанный блок 2 сдвигается вниз, преодолевая усилие пружины, и шарик 9 входит в контакт с нажимным торцом упорной гильзы 14. Через сквозное калиброванное отверстие 11 в момент сдвига клапанного блока 2 в полость между нижним торцом резьбовой втулки 3 и наружной торцевой поверхностью клапанного блока 2, образованную в результате сдвига, поступает жидкость из затрубного пространства. Уплотнительные системы 4 и 12 герметизируют данную полость.
Клапанный блок 2 продолжает движение вниз, и седло клапана 8 опускается ниже шарика 9, тем самым образуя зазор для прохода жидкости. Таким образом, промывочная жидкость через сквозные равномерно расположенные отверстия 10 клапанного блока 2, продольные сквозные отверстия 16 упорной гильзы 14 и полость упорной гильзы 14 проходит вниз в сторону напорного патрубка насоса.
Таким образом универсальный клапан обеспечивает эксплуатацию в рабочем и промывочном режиме.
Универсальный клапан является эффективным механизмом для проведения промывочных работ скважинного оборудования обратным током через НКТ. При этом заявленная конструкция обеспечивает надежную и стабильную работоспособность клапана в скважинных условиях в режиме прямой промывки. Наличие в корпусе сквозного (разгрузочного) отверстия позволяет компенсировать действие затрубного давления. Кроме того, это позволяет упростить предварительные расчеты глубины спуска клапана, исключая из расчета величину пластового давления.
Разработанные уплотнительные системы обеспечивают надежную герметичность подвижных элементов, что позволяет использовать данную конструкцию в экстремальных условиях и на большой глубине (до 4000 м).
В целом преимущества предложенной конструкции позволяют сократить время промывки, количество промывочной жидкости.
Благодаря вышеописанным конструктивным особенностям клапана повышается его надежность и, соответственно, срок эксплуатации скважинных насосов, эффективность работы насосной установки.
Таким образом, конструкция универсального клапан обеспечивает повышение эффективности работы электроцентробежного насосного оборудования в эксплуатационных скважинах разной глубины, сокращение времени простоя и обеспечивает надежную бесперебойную работу скважины в режиме промывки.
Предложенное техническое решение было изготовлено на опытных образцах, и отработано с положительными результатами.