ОБРАТНЫЙ КЛАПАН

Полезная модель относится к нефтяной промышленности, а именно к внутрискважинному эксплуатационному оборудованию, и может быть использована при добыче нефти, промывке и освоении скважин.
Клапан предназначен прежде всего для предотвращения обратного перетока рабочей среды - тампонажного или бурового раствора, обработанного химическими реагентами, минерализованной пластовой воды, нефти и газа при температуре до 100°С - из заколонного пространства во внутреннее пространство обсадной колонны.
Известен обратный клапан для обсадной колонны, содержащий корпус, установленные в нем фильтр, представляющий собой диск с отверстиями, седло с осевым каналом и размещенными в нем уплотнительной манжетой и запорным элементом в виде шара, и ограничитель осевого перемещения шара, выполненный в виде закрепленной в седле втулки с радиальными, продольно вытянутыми отверстиями. Во втулке размещен подпружиненный в осевом направлении шток, выполненный с возможностью взаимодействия его торцевой поверхности с шаром и прижатия его к манжете (RU 101489 U1, МПК (2006.01) Е21В 34/10, оп. 20.01.2011).
Недостатком известной конструкции обратного клапана является недостаточный запирающий эффект, вследствие вероятности смещения запорного элемента от осевого положения и неплотного его прижатия к седлу, а также износа запорного элемента от воздействия потока рабочей среды. Кроме того, наличие пружины значительно замедляет и усложняет разбуривание клапана.
Наиболее близким аналогом заявляемого устройства, выбранным в качестве прототипа, является обратный клапан для обсадной колонны, содержащий корпус, установленные в нем фильтр, представляющий собой диск с отверстиями, седло, ограничитель шара с осевым каналом, выполненный в виде закрепленной в седле втулки с продольными пазами. Втулка закреплена в нижней части седла при помощи резьбы. Во внутренней полости втулки размещен капролоновый шар, взаимодействующий с уплотнительной резиновой манжетой, установленной в нижней части седла и поджатой втулкой (RU 84451 U1, МПК (2006.01) Е21В 34/10, оп. 10.07.2009 г.). Общими существенными признаками известного и заявляемого устройств являются корпус, установленные в нем фильтр в виде диска с отверстиями, седло, установленный в нем через уплотнение ограничитель запорного элемента, выполненный в виде втулки с центральным каналом и продольными пазами, в полости которой размещен запорный элемент предпочтительно в виде шара.
В известном клапане входящий прямой поток рабочей среды с большой силой сталкивается с запорным элементом, смещает его в нижнюю часть втулки и выходит через выполненные в низу втулки продольные пазы, продолжая воздействовать на запорный элемент с большой силой.
Таким образом, недостатком известного клапана является большая степень воздействия рабочей среды на запорный элемент, что может привести к его износу, вследствие чего снижается запирающий эффект, не обеспечивается надежность работы клапана.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствования обратного клапана, в котором путем конструктивных изменений обеспечивается снижение воздействия рабочей среды на запорный элемент, что приводит к снижению износа запорного элемента, повышению запирающего эффекта, в результате чего повышаются надежность работы и ресурс клапана.
Поставленная задача решается тем, что в обратном клапане, содержащем корпус, установленные в нем фильтр в виде диска с отверстиями, седло, установленный в нем через уплотнительную манжету ограничитель запорного элемента, выполненный в виде втулки с осевым каналом и продольными пазами, в полости которой размещен запорный элемент предпочтительно в виде шара, в соответствии с полезной моделью новым является то, что фильтр с отверстиями вдоль периметра объединен с седлом, отверстия в котором выполнены с возможностью сообщения отверстий фильтра с полостью седла, а указанные продольные пазы выполнены на расстоянии от донной части втулки, превышающем длину запорного элемента.
Между совокупностью существенных признаков заявляемой полезной модели и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.
Конструктивные изменения, а именно:
- объединение фильтра, имеющего отверстия вдоль периметра, с седлом;
- выполнение в седле отверстий таким образом, что они сообщают отверстия фильтра с полостью седла;
- выполнение продольных пазов втулки на расстоянии от ее донной части, превышающем длину запорного элемента;
в совокупности с известными признаками заявляемой полезной модели обеспечивают, во-первых, изменение направления потока рабочей среды в обход осевого канала фильтра и за счет этого снижение энергии потока и, соответственно, степени воздействия на запорный элемент, а во-вторых, при прижатии запорного элемента потоком рабочей среды к донной части втулки выход этой среды из втулки через продольные пазы перед запорным элементом, что также снижает степень воздействия на запорный элемент. В результате достигается снижение износа запорного элемента, повышение запирающего эффекта, и как следствие, повышение надежности работы и ресурса клапана.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен продольный разрез клапана при прямом прохождении рабочей среды; на фиг.2 - продольный разрез клапана при обратном прохождении рабочей среды.
Обратный клапан (фиг.1, 2) содержит корпус 1, в котором выполнены передняя внутренняя и задняя наружная присоединительные резьбы, служащие для встраивания клапана в колонну труб. В корпусе 1 закреплено с помощью резьбового соединения седло 2 с осевым каналом. Герметичность соединения седла 2 с корпусом 1 обеспечивается уплотнительным кольцом 3. С седлом 2 объединен фильтр 4, имеющий вид диска с продольными отверстиями 5, выполненными вдоль периметра. В седле 2 выполнены поперечные отверстия 6, сообщающие отверстия 5 фильтра с осевым каналом седла 2. В седле 2 установлена уплотнительная манжета 7, выполненная из упругого материала, например из резины. Манжету 7 поджимает к седлу 2 втулка 8 с осевым каналом и продольными пазами 9, закрепленная в седле 2 с помощью резьбового соединения. Седло 2 и втулка 8 скреплены стопорным винтом 10 от возможного развинчивания. Во внутренней полости втулки 8 размещен запорный элемент 11 предпочтительно в виде шара, например капролонового. Продольные пазы 9 в стенке втулки 8 выполнены таким образом, что при прижатии запорного элемента 11 к манжете 7 обратным потоком рабочей среды указанные пазы 9 расположены в нижней части запорного элемента 11, а при прижатии запорного элемента 11 прямым потоком рабочей среды к донной части втулки 8 пазы 9 расположены выше запорного элемента 11.
Обратный клапан работает следующим образом.
При прямой промывке (фиг.1) поток рабочей среды проходит сквозь расположенные вдоль периметра фильтра 4 отверстия 5, очищаясь от посторонних предметов и механических примесей, затем сквозь поперечные отверстия 6 и осевой канал седла 2. Изменение направления потока снижает его энергию и силу воздействия на запорный элемент 11, который смещается под давлением потока в осевом направлении в донную часть втулки 8. При этом поток рабочей среды сквозь освободившийся канал выходит в продольные пазы 9 втулки 8, практически не оказывая воздействия и не размывая запорный элемент 11, находящийся в глухом кармане с застойной зоной, образованном донной частью втулки 8 и ее стенками без пазов.
При обратном перетоке (фиг.2) рабочая среда сквозь осевой канал и продольные пазы 9 втулки 8 плотно и надежно придавливает запорный элемент 11 к манжете 7, предотвращая обратный переток рабочей среды из заколонного пространства во внутриколонное.
Таким образом, конструкция заявленного клапана обеспечивает надежный запирающий эффект при любом расположении клапана, его надежность и высокий ресурс работы. Кроме того, в нем отсутствуют стальные пружины, что значительно ускоряет и упрощает разбуривание клапана.