КЛАПАН УНИВЕРСАЛЬНЫЙ
UNIVERSAL VALVE

Изобретение 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).
В таких комплексах напорный патрубок насоса оснащается обратным клапаном, который предохраняет систему от давления столба жидкости, находящейся в эксплуатационной трубе, при повторном запуске насоса после его остановки. Поскольку в процессе работы насос подвержен загрязнению парафиновыми и другими отложениями, применяется методика его периодической промывки 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.
Известен клапан обратный, включающий корпус, седло, запорный элемент, выполненный в виде шара, установленный в ограничителе с отверстиями для протока жидкости. Ограничитель выполнен в виде клетки, закрепленной с помощью стопорного кольца, с возможностью увеличения проходного сечения между запорным элементом и ограничителем, при осевом перемещении запорного элемента. Ограничитель выполнен с конусными отверстиями и конусными расточками для протока жидкости. Угол раствора конусных отверстий и расточек может находиться в диапазоне 1-20 градусов. Седло закреплено с помощью гайки и втулки. Для защиты резьбы втулка снабжена уплотнительным кольцом (патент на полезную модель №76379, МПК Е21В 34/00, опубликовано 20.09.20080).
Известен обратный клапан, содержащий запорный орган и седло с нагрузонесущим и уплотнительным участками. Нагрузонесущий участок седла выполнен из металла, а уплотнительный участок выполнен из резины в форме самоуплотняющейся манжеты с заостренным краем. Перед посадкой запорного органа в седло край манжеты прикасается к поверхности запорного органа раньше, чем остальные части седла. В результате острая кромка уплотнительного участка счищает с поверхности запорного органа механические частицы и плотно обхватывает его по периметру, создавая надежную герметизацию в зоне "седло-запорный орган" (патент РФ №2237212, МПК F16K 15/04, опубликовано 27.09.2004)
Известен клапан обратный, содержащий корпус с входным отверстием, седлом и основной камерой, пружину, шарик, взаимодействующий с седлом, шарик установлен в основной камере корпуса с минимальным радиальным зазором с направляющими дорожками, образованными в корпусе в результате пересечения поверхностей основной камеры и дополнительных камер. Длина направляющих дорожек выполнена больше величины хода шарика для надежного перемещения шарика с обеспечением максимального раскрытия проходного сечения, т.е. кольцевой щели, образованной кромкой седла и поверхностью отодвинутого от седла шарика, при мгновенном увеличении давления (гидроударе) на входе. А суммарная эффективная площадь сечений дополнительных камер равна площади сечения входного отверстия, чтобы обеспечить низкое гидравлическое сопротивление клапана (патент РФ 2177575, МПК F16K 15/04, опубликовано 27.12.2001). Недостатками клапана являются: неудовлетворительный срок службы, нарушение герметичности устройства при работе с жидкостью, содержащей механические частицы, которые образуют при остановке насоса микрощели между уплотняемыми поверхностями, приводящие к опорожнению полости НКТ, а также пропуск жидкости только в одном направлении.
Известен клапанный узел, содержащий клапанную коробку с входным и выходным каналами, направляющую втулку, установленную между клапанным седлом и крышкой, и шаровой запорный элемент, дополнительно содержащий груз, выполненный в виде тела вращения, в шаровом запорном элементе выполнена замкнутая полость в форме тела вращения, центр которой смещен относительно центра шарового запорного элемента, а груз размещен с возможностью перемещения в полости (патент РФ 2107859, МПК F16K 15/04, опубликовано 27.03.1998) Данное решение является достаточно сложным для реализации.
Известен промывочный клапан, содержащий соединенный посредством переводника с насосно-компрессорными трубами (НКТ) цилиндрический корпус с радиальными отверстиями, подвижную подпружиненную герметизирующую втулку, размещенную в корпусе с образованием поршневой пары, согласно изобретению при эксплуатации скважины с невставным штанговым насосом снабжен штоком с муфтой, установленным с возможностью свободного перемещения во внутренней части клапана и соединяющим плунжер невставного штангового насоса со штангами, связанными с канатной подвеской станка-качалки, при этом клапан снабжен также вторым переводником, связывающим его корпус с подъемным патрубком невставного штангового насоса, внутренняя поверхность герметизирующей втулки выполнена с участком конической формы, а муфта расположена на штоке с учетом глубины подвески невставного штангового насоса и растяжения от веса штанг на расстоянии от упомянутого участка конической формы, выбранном таким, чтобы при работе насоса упомянутая муфта не доходила до упомянутого участка и обеспечивающим опору муфты на этот участок при освобождении штока, связанного со штангами, от канатной подвески станка-качалки для перемещения герметизирующей втулки клапана до совмещения с радиальными отверстиями в корпусе клапана и открытия сообщения полости НКТ с затрубным пространством (патент РФ №2358091, МПК Е21В 34/06, опубликовано 10.06.2009).
Недостатками данных клапанов являются: неудовлетворительный срок службы, нарушение герметичности устройства при работе с жидкостью, содержащей механические частицы, которые образуют при остановке насоса, микрощели между уплотняемыми поверхностями, приводящие к опорожнению полости НКТ.
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.
Задача изобретения состоит в повышении эффективности работы насосной установки, в повышении надежности и срока эксплуатации скважинных насосов в скважинах.
Поставленная задача решается за счет того, что в клапане универсальном, содержащем расположенные в полом цилиндрическом корпусе запорный элемент в виде шарика, седло, пружину, в нижней части корпуса с помощью нажимной втулки неподвижно закреплен упор, имеющий в верхней части нажимной торец, шарик, взаимодействующий с седлом, установлен в клапанном блоке, поджатом резьбовой втулкой, имеющем возможность скольжения в сквозном отверстии резьбовой втулки и корпусе вдоль вертикальной оси, при этом упор и клапанный блок в исходном положении расположены с гарантированным зазором между нажимным торцом упора и шариком.
Дополнительно упор выполнен в виде полого ступенчатого стакана, в стенке меньшего диаметра которого выполнены радиальные равномерно расположенные сквозные отверстия, на наружной поверхности выполнена кольцевая опорная поверхность для упора пружины.
Кроме того, пружина выполнена, например, в виде пакета тарельчатых пружин.
Кроме того, пружина предварительно сжата усилием, которое определяется рабочим давлением.
Дополнительно корпус клапанного блока выполнен в виде ступенчатой втулки, во внутреннем сквозном отверстии которого выполнена проточка для установки седла клапана, имеющего сквозное отверстие и закрепленного в корпусе с помощью буксы, а выше расположения седла во внутреннем сквозном отверстии корпуса выполнена проточка для расположения шарика.
Кроме того, нажимной торец упора выполнен в виде сферической поверхности.
Изобретение поясняется чертежами.
Фиг.1 представляет продольный разрез клапана универсального в остановочном режиме.
Фиг.2 - вид А, исходное положение шарика в седле клапана универсального, гарантированный зазор К между нажимным торцем и нижней точки шарика.
Фиг.3 - продольный разрез клапана универсального в рабочем режиме.
Фиг.4 - продольный разрез клапана универсального в промывочном режиме.
Клапан универсальный содержит полый цилиндрический корпус 1 с верхней внутренней и нижней наружной присоединительными резьбами, которые служат для встраивания клапана в колонну насосно-компрессорных труб. В нижней части полого цилиндрического корпуса 1 с помощью нажимной втулки 2 неподвижно закреплен упор 3 в виде полого ступенчатого стакана, в стенке меньшего диаметра которого выполнены радиальные равномерно расположенные сквозные отверстия 4, а на наружной поверхности имеется кольцевая опорная поверхность для упора пружины 5, выполненной, например, в виде пакета тарельчатых пружин, при этом пружина предварительно сжата усилием, которое определяется рабочим давлением, т.е. давлением столба жидкости в вертикальном трубопроводе. Упор 3 имеет в верхней части нажимной торец 6, который может быть выполнен, например, в виде сферической поверхности.
В корпусе 1 установлен клапанный блок 7, поджатый резьбовой втулкой 8 со сквозным отверстием диаметром d, имеющий возможность скольжения в сквозном отверстии резьбовой втулки 8 и корпусе 1 вдоль вертикальной оси, состоящий из корпуса 9 в виде ступенчатой втулки, во внутреннем сквозном отверстии которого выполнена проточка для установки седла клапана 10, имеющего сквозное отверстие и закрепленного в корпусе 9 с помощью буксы 11, выше расположения седла 10 во внутреннем сквозном отверстии корпуса выполнена проточка для расположения запорного элемента в виде шарика 12, ограничивающая его вертикальное перемещение. В корпусе 9 выполнены радиальные сквозные равномерно расположенные отверстия 13, выполненные таким образом, что при расположении шарика 12 в крайнем верхнем положении соединяют полость Б, расположенную выше клапанного блока 7 и полость В, расположенную внутри упора 3. Нижний торец буксы 11 предназначен для упора пружины 5. Упор 3 и клапанный блок 7 в исходном положении расположены с гарантированным зазором К между нажимным торцом 6 упора и шариком 12.
Клапан универсальный работает в трех режимах эксплуатации - рабочем, остановочном и промывочном.
В рабочем режиме пружина предварительно сжата усилием, которое определяется рабочим давлением, т.е. давлением столба жидкости в вертикальном трубопроводе, жидкость под рабочим давлением подается от насоса снизу в полость В упора 3, проходит через радиальные равномерно расположенные сквозные отверстия 4 упора 3, затем через сквозное отверстие седла клапана 10 шарик 12 поднимается в крайнее верхнее положение, соединяет полость Б, расположенную выше клапанного блока 7 и полость В, расположенную внутри упора 3, жидкость проходит через радиальные сквозные равномерно расположенные отверстия 13 далее в трубопроводную трассу.
При остановке двигателя насоса (остановочный режим) шарик 12 под действием собственного веса опускается, закрывает отверстие седла клапана 10 и клапан работает как обратный клапан, предохраняя систему от давления столба жидкости в трубопроводной трассе. При этом полости Б и В разобщены, между нажимным торцом 6 и нижней точки шарика 12 сохраняется гарантированный зазор К.
При промывочном режиме жидкость подается в полость Б под давлением, гарантированно превышающим рабочее давление. При этом клапанный блок 7 сдвигается вниз, преодолевая усилие пружины, на величину зазора К, и шарик 4 входит в контакт с нажимным торцом 6 упора 3, клапанный блок 7 продолжает движение вниз, и седло клапана 10 отрывается от шарика 12, образуя зазор для прохода жидкости, которая через радиальные сквозные равномерно расположенные отверстия 13, радиальные равномерно расположенные сквозные отверстия 4 упора 3 и полость В упора 3 проходит вниз в сторону напорного патрубка насоса.