Клапан штангового насоса для эксплуатации в горизонтальных и наклонных скважинах

Полезная модель относится к области нефтедобывающей промышленности и может найти применение при эксплуатации скважин штанговыми насосами в горизонтальных и наклонных скважинах.
Известен самоустанавливающийся управляемый всасывающий клапан глубинного штангового насоса (патент RU № 2241853, F04B 47/00, 53/10, опубл. 10.12.2004, бюл. № 34), включающий корпус клапана, установленного под заданным в соответствии с наклоном скважины углом к глубинному насосу, выполненным в диаметре, большем, чем диаметр глубинного насоса, и установленного эксцентрично относительно насоса, клапан снабжен механизмом управления, выполненным в виде груза, расположенного на клапанной клетке и сочлененного с центральным стержнем, шарнирно соединенным со штоком гидравлического амортизатора, связанного с опорой скольжения.
Недостатками известного клапана являются
ограниченные функциональные возможности работы, он работает только в наклонно-направленных скважинах, требует индивидуального изготовления под каждую скважину с заданным углом наклона и не пригоден для работы в горизонтальных скважинах, также диаметр клапана больше диаметра насоса, что затрудняет размещение его в скважине, а иногда делает его невозможным;
конструкция клапана усложнена громоздким механизмом его управления.
Известен самоустанавливающийся клапан штангового насоса (патент RU № 2616145, F16K 15/04, F04B 47/00, F04B 53/10, опубл. 12.04.2017, бюл. № 11), включающий корпус, центратор с проходными отверстиями, наклонный лоток с промывочными каналами, седло, шар, отличающийся тем, что на одном конце центральной оси самоустанавливающегося клапана эксцентрично закреплен наклонный лоток, выполненный облегченным, а на другом конце в плоскости эксцентриситета наклонного лотка установлен массивный груз, стянутый гайкой и зафиксированный контргайкой, внутренняя поверхность наклонного лотка выполнена вогнутой с радиусом кривизны больше радиуса шара на величину оптимального зазора между седлом и шаром в открытом состоянии клапана, причем вогнутая поверхность наклонного лотка выполнена в виде ложа с продольными полозьями и промывочными каналами между ними.
Недостатками его являются сложность конструкции, представляющей собой сложный многозвенный механизм, и связанная с этим низкая надежность.
Наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков к заявленной полезной модели является клапан всасывающий глубинного штангового насоса (патент RU № 2258836, F04B 47/00, опубл. 20.08.2005, бюл. № 23), содержащим корпус с установленным седлом и держателем, запорный элемент, выполненный в виде шара, верхний ограничитель, направляющие запорного элемента и боковые продольные выемки, выполненные на боковой поверхности клапанной полости. Верхний ограничитель выполнен с проходными отверстиями для прохода жидкости, установленный с возможностью возвратно-поступательного движения в пределах рабочего хода клапана. На корпусе клапана выполнены выступы для взаимодействия с опорными ушками верхнего ограничителя.
Недостатками известного всасывающего клапана являются
ограниченные функциональные возможности работы всасывающего клапана ввиду невозможности работы клапана в наклонно-направленных скважинах из-за смещения запорного элемента относительно оси седла под действием силы тяжести при работе в наклонно-направленных скважинах;
низкая надежность работы подвижного ограничителя с опорными ушками ввиду заклинивания его в процессе работы в боковых продольных выемках в следствии попадания в зазоры между отверстием корпуса клапана и движущимся ограничителем частиц механических примесей;
повышенное гидравлическое сопротивление протеканию жидкости, вызванное изменением направления потока жидкости, обтекающего запорный элемент, при прохождении отверстий ограничителя, имеющих оси, параллельные оси клапана.
Техническими задачами предлагаемого клапана являются упрощение конструкции, повышение надежности работы клапана без увеличения поперечных (габаритных) размеров при эксплуатации скважин штанговыми насосами в горизонтальных и наклонных скважинах, снижение гидравлического сопротивления клапана и расширение функциональных возможностей.
Технические задачи решаются клапаном штангового насоса для эксплуатации в горизонтальных и наклонных скважинах, содержащим корпус с установленным седлом и держателем, запорный элемент, выполненный в виде шара, верхний ограничитель, направляющие запорного элемента и боковые продольные выемки, выполненные на боковой поверхности клапанной полости.
Новым является то, что верхний ограничитель выполнен в виде сердечника со шляпкой, при этом сердечник расположен в цилиндрической пружине, упирающейся одним концом в шляпку, другим в - опору, выполненную усеченным конусом с образованием в разрезе восьмилучевой звезды и соединенную жестко с корпусом, при этом шляпка выполнена с возможностью перемещения в осевом направлении относительно сердечника, направляющие запорного элемента выполнены треугольными призмами, образующими собой цилиндр с внутренним диаметром равным диаметру запорного элемента, исключающими смещение оси запорного элемента от оси седла, боковые продольные выемки клапанной полости и опора верхнего ограничителя расположены относительно друг друга так, что образуют каналы для прохождения потока жидкости.
На фиг. 1 показана схема клапана штангового насоса для эксплуатации в горизонтальных и наклонных скважинах.
На фиг. 2 показан верхний ограничитель (в увеличенном масштабе), на фиг. 3 изображено сечение Б-Б, на фиг. 4 – сечение В-В.
Сущность полезной модели
Клапан штангового насоса для эксплуатации в горизонтальных и наклонных скважинах состоит из корпуса 1 с установленным седлом 2 и держателем 3, запорный элемент 4, выполненный в виде шара, верхний ограничитель 5, направляющие запорного элемента 6 и боковые продольные выемки 7, выполненные на боковой поверхности клапанной полости.
Верхний ограничитель 5 выполнен в виде сердечника 8 со шляпкой 9.
При этом сердечник 8 расположен в цилиндрической пружине 10, упирающейся одним концом в шляпку 9, другим - в опору 11, выполненную усеченным конусом с образованием в разрезе восьмилучевой звезды и соединенную жестко с корпусом 1.
При этом шляпка 9 выполнена с возможностью перемещения в осевом направлении относительно сердечника 8. Такое смягчение ударных нагрузок верхнего ограничителя 5 при перемещении запорного элемента 4 в процессе прохождения потока жидкости и способствует исключению истирания и износа поверхности опоры 11 и запорного элемента 4.
Направляющие запорного элемента 6 выполнены треугольными призмами, образующими собой цилиндр с внутренним диаметром равным диаметру запорного элемента 4, исключающими смещение оси запорного элемента 4 от оси седла 2. Форма направляющих способствует уменьшению сопротивления потока жидкости, а также минимизирует площадь контакта с запорным элементом 4, что уменьшает трение для запорного элемента 4.
Боковые продольные выемки 7 клапанной полости и опора 11 верхнего ограничителя 5 расположены относительно друг друга так, что образуют каналы для прохождения потока жидкости. Образуемые каналы позволяют свободно перетекать потоку жидкости, не создавая никаких гидравлических ударов, а также создают направленный поток жидкости, который усиливает давлением на запорный элемент 4 в момент закрытия клапана. Применение такой формы боковых продольных выемок 7 обеспечивает надежную работу клапана в наклонных и горизонтальных скважинах без увеличения поперечных (габаритных) размеров.
Предлагаемый клапан работает следующим образом.
При движении плунжера вверх в подплунжерной полости создается разрежение, и предлагаемый клапан под давлением пластовой жидкости открывается. Подплунжерная полость заполняется добываемой жидкостью через клапан.
Поток жидкости поступает через седло 2, боковые продольные выемки 7 клапанной полости и опору 11 верхнего ограничителя 5. Запорный элемент 6 поднимается по клапанной полости и ударяется о верхний ограничитель 5, что исключает его заклинивание даже при значительной кривизне ствола скважины. Направляющие запорного элемента 6 исключают его смещение относительно оси седла 2.
При движении плунжера вниз предлагаемый клапан закрывается. При этом запорный элемент 6 под действием столба жидкости опускается и фиксируется в седле 2. Далее процесс повторяется.
Предлагаемая конструкция клапана штангового насоса для эксплуатации в горизонтальных и наклонных скважинах является простой, надежной, не требующей увеличения поперечных (габаритных) размеров, снижает гидравлическое сопротивление клапана и расширяет функциональные возможности, обеспечивая работоспособность для горизонтальных и наклонных скважин.